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    Illuminazione degli ambienti: attenzione ai problemi di vista

    Le persone ricevono la maggior parte dell’informazione attraverso il senso della vista. Un’illuminazione appropriata e priva di riflessi può ridurre la fatica oculare e i mal di testa, oltre a rendere più efficiente il lavoro. Uno dei fattori spesso sottovalutati negli ambienti di lavoro, e ancor più in ambiente domestico, è l’importanza dell’illuminazione. L’abilità nel vedere dipende proprio dalla presenza della luce. Una corretta illuminazione non solo rende più efficiente tutto il lavoro ma evita la nascita di alcuni problemi legati alla salute personale

    Con la pandemia Covid-19 molte persone si sono ritrovate a lavorare da casa in postazioni provvisorie e non pensate per lavorare al meglio. Molte aziende, inoltre, comunicano che adotteranno turni di smart working anche per il futuro. Questi sviluppi hanno portato molte persone e rivedere la propria organizzazione cercando di migliorare la loro postazione in modo tale da poterci trascorrere le ore di lavoro comodamente. 

    Illuminazione

    L’occhio è sensibile alla radiazione elettromagnetica nello spettro del visibile. Quello che chiamiamo “luce” comprende lunghezze d’onda tra i 400nm e i 700nm, dal blu al rosso. Ogni sorgente luminosa ha un suo spettro di emissione, ovvero emette radiazione maggiormente in alcune frequenze. La presenza di tutte le lunghezze d’onda visibili, in quantità proporzionali alla radiazione solare, forma la luce bianca.

    Schema che mostra lo spettro elettromagnetico e l'illuminazione
    Schema che mostra lo spettro elettromagnetico con il tipo, la lunghezza d’onda, la frequenza e la temperatura di emissione del corpo nero. Credits: Wikimedia Commons. Immagine adattata da un documento della NASA.

    L’occhio umano ha una sensibilità non uniforme rispetto la lunghezza d’onda ma presenta una massima sensibilità intorno ai 550 nm, nel verde. Questo porta a definire il flusso luminoso pesando la potenza della sorgente luminosa per la curva di sensibilità dell’occhio umano. Per rappresentare la “quantità di luce” incidente su una superficie si utilizza invece il lux, ovvero i lumen per unità di superficie. 

    È bene sottolineare come siano due unità di misura differente, comprando una lampadina questa avrà sempre gli stessi lumen sia a 40cm che a 2 metri da tavolo, cambiano però i lux. Quindi l’illuminamento misurato in lux si riferisce all’oggetto illuminato. Questo è fondamentale poicehé determina quanto la sorgente è in grado di illuminare un oggetto o una superficie.

    A sinistra la curva di sensibilità dell’occhio umano. A destra la resa spettrale delle diverse tecnologie di illuminazione
    A sinistra la curva di sensibilità dell’occhio umano. A destra la resa spettrale delle diverse tecnologie (fluorescenza, LED a luce fredda, lampadina a incandescenza alogena, LED a luce calda, lampadina a incandescenza) e del sole. Credits: Wikipedia. A7N8X 

    Un altro parametro molto importante è il CRI, ovvero l’indice di resa cromatica. Questo parametro indica quanto i colori degli oggetti illuminati da una sorgente appaiono naturali. Il colore degli oggetti dipende sia da come essi riflettono la luce sia dalla stessa luce che li illumina. La norma UNI 10380 suddivide l’insieme dei possibili valori dell’indice di resa cromatica in diversi gruppi e suggerisce alcune indicazioni sul CRI da utilizzare a seconda degli ambienti da illuminare. 

    Sorgenti luminose

    Troviamo diverse sorgenti in grado di produrre luce. La più importante è il sole, con uno spettro di emissione continuo. Ci sono poi diverse tecnologie da utilizzare per illuminare gli ambienti. Attualmente le lampade più diffuse sono a LED ma troviamo anche lampade ad incandescenza, alogene e fluorescenti.

    Le lampadine ad incandescenza ormai non vengono più utilizzate. Presentano lo svantaggio di consumare tanta energia, infatti, solo il 5% del consumo viene trasformato in luce. Sono state rimpiazzate dalle lampade alogene che presentano una maggiore efficienza energetica con una resa media di 25 lumen per watt. Le lampade a fluorescenza, comunemente dette a risparmio energetico, portano una miglioria nell’efficienza. Hanno una vita utile molto lunga e vengo prodotte in varie forme e dimensioni. 

    La rivoluzione nell’illuminazione è arrivata con i LED, ovvero diodi che emettono luce. Consentono di risparmiare molta energia e hanno una vita media di circa 100.000 ore. I costi di produzione sono molto minori ed è possibile creare lampade di varie dimensioni e forme oltre che giochi di luce particolari.

    lampade per illuminazione

    Per ciascuna di queste lampadine è necessario verificare alcuni parametri per confrontarle correttamente. I Watt indicano il consumo energetico ma la resa luminosa viene indicata dai lumen. Un altro parametro importante è la temperatura colore espressa in Kelvin che indica la tonalità della luce. Tipicamente viene indicata con i termini “luce calda” più vicina al giallo, “luce neutra” più vicina alla luce del sole e “luce fredda” che tende all’azzurro. Rapportando la luce emessa e il consumo in watt si definisce la resa energetica e quindi si può definire anche la classe energetica indicata con le lettere da A+++ a G.

    La vista

    L’occhio umano si è evoluto sotto la luce del sole e il suo spettro d’emissione. La vista ci da la possibilità di percepire gli stimoli luminosi come le figure, i colori e la posizione degli oggetti. L’occhio raccoglie la luce proveniente dall’ambiente regolandone l’intensità attraverso un diaframma. Attraverso la regolazione del cristallino focalizza la luce sulla retina, ovvero il substrato sensibile alla luce. La luce va ad attivare i fotorecettori e attraverso il nervo ottico inviano gli impulsi al cervello dove poi avviene l’elaborazione dell’immagine. 

    L’occhio umano è molto sensibile alla luce. La luce attraversa il bulbo oculare per arrivare sul fondo. Passa diversi strati cellulari per arrivare all’ultimo strato formato dai fotorecettori: coni e bastoncelli. Al buio lavorano prettamente i bastoncelli in quella che prende il nome di visione scotopica. Consentono di rivelare molto bene i contrasti ma rimane una visione monocromatica. Aumentando l’illuminazione iniziano a lavorare anche i coni. Questi sono i fotorecettori sensibili alla cromaticità, si dividono in tre categorie sulla base della lunghezza d’onda dove presentano la massima sensibilità. Troviamo coni per il rosso, per il blu e la maggioranza sono per il verde. 

    Il sistema visivo non fornisce praticamente alcuna informazione utile quando la retina è illuminata in modo uniforme, ma è altamente specializzato per raccogliere informazioni su contrasti e gradienti luminosi nel campo visivo. Una volta che il campo visivo è sufficientemente illuminato da garantire il funzionamento della vista ci sono diversi fattori che influenzano le prestazioni. Tra questi troviamo l’illuminamento retinico complessivo, il contrasto dell’oggetto di interesse rispetto il fondo, le dimensioni visive dell’oggetto e i suoi colori. 

    a) Diagramma schematico dell’occhio; b) Strato nervoso e cellule sensitive nella retina; c) distribuzione di coni e bastoncelli sulla superfice retinica; d) Risposta spettrale dei tre coni confrontata con i bastoncelli.
    a) Diagramma schematico dell’occhio; b) Strato nervoso e cellule sensitive nella retina; c) distribuzione di coni e bastoncelli sulla superfice retinica; d) Risposta spettrale dei tre coni confrontata con i bastoncelli. Credits: Wikimedia Commons

    Malessere agli occhi

    L’illuminazione non viene sempre pensata per migliorare le performance visive e ci sono diversi aspetti che oltre a rendere la nostra vista meno efficiente causano problemi più estesi. La maggior parte di sintomi si traducono in un quadro noto come sindrome da fatica visiva, o astenopia. I principali sintomi sono: bruciore, arrossamento, secchezza, lacrimazione eccessiva, senso di corpi estranei, fastidio alla luce, pesantezza, visione annebbiata o sdoppiata e stanchezza alla lettura. Questi sintomi possono portare facilmente anche a nausea e mal di testa. 

    La maggior parte delle volte sono causati da un’illuminazione scorretta. Tipicamente sono dovuti ad un’illuminazione ambientale eccessiva con la presenza di numerosi riflessi che portano a stancare sia la pupilla che i muscoli oculari, continuamente in contrazione per proteggere l’occhio dalla luce eccessiva. È noto però che anche scarsi livelli di luce possono stancare l’occhio per uno sforzo eccessivo, sia fisico che mentale, nell’eseguire il lavoro. Questo sforzo è amplificato se sono presenti anche dei difetti di vista. 

    La capacità di estrarre informazione dal campo visivo è essenzialmente un compito segnale-rumore. Ogni volta che il fondo assume un’illuminazione maggiore dell’oggetto di interesse questo può portare a disturbi della vista e ad un calo della performance visiva. Una reazione istintiva potrebbe essere quella di avvicinare l’oggetto così da aumentarne le dimensioni e questo fa si che l’accomodazione del cristallino adatti l’occhio così da mantenere l’immagine a fuoco. Questa regolazione funziona molto bene fino ai suoi limiti fisiologici ma produce un affaticamento diretto della muscolatura oculare e indiretto di altri muscoli come quelli che regolano la postura. 

    La retina ha un punto di massima sensibilità, la fovea, e l’occhio fa in modo che il punto di interesse del campo visivo ricada in quest’area. Avere diversi oggetti luminosi nel campo visivo fa si che l’occhio debba continuamente ignorare tali stimoli periferici e concentrarsi solamente sull’oggetto di interesse. Chiaramente ignorare degli stimoli che attirano l’attenzione è stressante e può portare a disagio visivo. Discorso analogo quando ci sono due visioni diverse dello stesso ambiente come un’immagine della stessa stanza riflessa in un monitor o in uno specchio.

    Effetti dell’illuminazione sugli esseri umani

    La luce non è solo importante per le performance visive e la sicurezza ma svolge un ruolo vitale nelle funzioni fisiologiche dell’uomo. La luce svolge diversi ruoli importanti per la funzione del sistema nervoso ed endocrino e nella secrezione di ormoni come la melatonina. Quest’ormone viene rilasciato dalla ghiandola pineale in un ciclo di 24 ore regolando il ritmo circadiano. La quantità di luce può influenzare la sua secrezione. Nei cicli notte-veglia normali la quantità di ormone è più alta la notte favorendo un sonno tranquillo. Si abbassa invece durante il giorno favorendo la reattività. 

    Ci sono poi diverse evidenze che la luce naturale possa avere un impatto positivo sulla salute. Diversi studi mostrano associazioni tra l’esposizione alla luce naturale e un miglioramento della salute in diversi domini: fisica, mentale e del sonno.  Ci sono ulteriori effetti legati alla protezione dalle malattie infettive, probabilmente legate alla capacità della luce solare di uccidere i batteri. I raggi UV possono agire da disinfettante, indebolendo e uccidendo i batteri e limitandone la capacità di riprodursi. È stato dimostrato che questo effetto persiste anche attraverso i vetri delle finestre.

    Illuminazione ambientale e comportamento umano. Credits: R. Kralikova - ITPB – NR. 10, YEAR 2016
    Luminosità ambientale e comportamento umano. Credits: R. Kralikova – ITPB – NR. 10, YEAR 2016

    Gli schermi

    Nel corso dell’evoluzione umana solo negli ultimi 100 anni sono state disponibili sorgenti di luce artificiale. La più diffusa è stata la lampada ad incandescenza con uno spettro di emissione simile a quello ricevuto dal solo. Negli ultimi decenni si è passato a varie tecnologie fino ad arrivare a prodotti elettronici, ovvero i LED. L’introduzione dell’illuminazione a basso consumo energetico e l’uso diffuso di computer e smartphone hanno modificato l’esposizione degli occhi umani alla luce.

    Dal punto di vista pratico, per non dare problemi, la luminosità dello schermo dovrebbe essere tenuta bassa così da essere confortevole. Tuttavia, è noto che molte persone stanno davanti ad uno schermo per molte ore al giorno. La luce blu emessa dai dispositivi elettronici è stata considera fototossica per la retina per svariati anni ma le evidenze biologiche sono rivisitate periodicamente. Il confronto delle esposizioni naturali con l’esposizione prevedibile da lampade, schermi di computer e dispositivi mobili, mostra che l’irraggiamento spettrale effettivo sia inferiore alle esposizioni naturali. Questo ha portato a concludere che non ci siano motivi di preoccupazione per la saluta pubblica.

    Sindrome da visione al computer

    C’è però un discorso legato ai disturbi oculari che possono nascere in seguito ad uno prolungato e senza pause dei dispositivi elettroni. Esistono svariati sintomi che rientrano in un quadro clinico note come sindrome da visione al computer. Sono inclusi tutti i sintomi dell’affaticamento oculare come occhi rossi, secchezza, visione sfocata, bruciore, ecc. a cui si aggiungono mal di testa, nausea e i sintomi legati a posture errate come dolori alle spalle, collo e schiena. 

    Questi disturbi possono essere causati da diversi fattori. Un basso livello di luce ambientale aumenta l’affaticamento oculare così come la presenza di riflessi sullo schermo porta ad uno stress maggiore per la vista. Un fattore spesso sottovalutalo è la qualità del display. Schermi con bassa risoluzione, immagini sfocate, sfarfalli, ecc. portano ad un affaticamento dell’occhio. Il tutto viene amplificato da una distanza di visione sbagliata o da posture scorrette. Ad aggiungersi a questi fattori ci sono anche l’errato ricambio d’aria, flussi d’aria vicino gli occhi e la presenza di temperature o umidità non confortevoli. 

    I computer, da questo punto di vista, sono un fattore di rischio per i disturbi oculari. Costringono l’occhio a fissare un punto a distanza fissa per lunghi periodi di tempo. Inoltre, questi dispositivi generano luce blu tra 380 e 450 nm ma l’energia emessa dalla radiazione e sufficientemente bassa da non essere un rischio per la salute. Esistono delle lenti con filtro per la luce blu ma nonostante i produttori dichiarino che la luce blu dei display possa provocare danni agli occhi studi recenti riportano una bassa correlazione con la sindrome da visione al computer. Studi recenti come Resenfield et al, 2020, non hanno trovato differenze nei sintomi tra l’utilizzo o meno di lenti con filtro per la luce blu. 

    Schermi

    Problemi di salute

    Il problema maggiore è correlato alla melatonina. La mancanza di esposizione alla luce può influenzarne il rilascio e alterare il ritmo circadiano. Anche l’esposizione a luci intense durante la notte può avere effetti sulla salute. Discorso analogo per le luci con tonalità verso il blu. La melanopsina, un fotorecettore nell’occhio, risponde alla luce blu e segnala la soppressione della melatonina. È interessante che la luce solare ha lunghezze d’onda inferiori durante il giorno, corrispondenti a una luce più blu e questa esposizione alla luce del giorno aiuta a rimanere vigili. Al contrario, l’esposizione serale a lampadine contenenti alti livelli di luce blu segnala i processi che influenzano il rilascio di melatonina e hanno un impatto negativo sul sonno.

    Ci sono effetti psicologici legati alla mancanza prolungata di luce naturale. Ad esempio, lo studio di Brow et al. 2011, ha riportato un’associazione tra un’inadeguata illuminazione naturale e rischio di depressione. Un impatto molto importante è dato soprattutto dalla luce artificiale. C’è un’associazione tra l’esposizione a luci con colori più freddi e maggiori stati d’ansia durante il giorno. C’è anche correlazione con sonno di qualità peggiore, temperature di colore più fredde (17000K contro 4000K) sono risultate associabili ad un peggioramento della qualità soggettiva del sonno associate anche ad un peggioramento complessivo del sonno.

    In alcuni studi, tra cui Obayashi et al. 2013, è stata trovata una correlazione tra l’esposizione alla luce durante la notte e un più alto rischio di dislipidemia, obesità e pressione sanguigna più alta. Inoltre, la presenza di luce durante il sonno è stata associata a una maggiore dominanza del sistema simpatico, indicata anche da variazioni nella respirazione. Ulteriori problemi possono essere causati dai raggi ultravioletti. Un’esposizione non controllata può portare a congiuntiviti, cataratte e cambiamenti retinici. Allo stesso modo la radiazione infrarossa può portare a bruciori, lesioni termiche e retinopatie.

    Quale illuminazione utilizzare

    Ci sono diverse tipologie di illuminazioni. Una prima classificazione può essere tra luce diretta, indiretta o diretta-indiretta. Si possono utilizzare delle lampade indirette che proiettano la luce su tutta la stanza facendola riflettere sulle pareti o l’illuminazione diretta-indiretta che proietta luce in tutte le direzioni, senza averne una preferenziale. Nella maggior parte dei casi è necessario aggiungere illuminazione sul piano di lavoro, ovvero utilizzare dell’illuminazione diretta in cui dal 90 al 100% della luce è puntata nell’area di interesse. Questo tipicamente può portare a delle ombre ed è consigliato utilizzare dei diffusori per avere una luce più morbida così da avere ombre meno nette. Se da un lato una scarsa illuminazione più portare ad uno stress per gli occhi, mal di testa e affaticamento anche troppa luce può essere pericolosa.

    Alcuni consigli

    Per migliorare le condizioni di illuminazione non sempre sono richieste più luci ma alcuni semplici fattori da tenere in conto sono:

    • Fare un uso migliore dei punti di luce esistenti assicurandosi di evitare riflessi ma di illuminare le zone di interesse
    • Assicurarsi che le lampade sia in buono stato
    • Assicurarsi che le luci siano posizionata correttamente per il compito da svolgere
    • Fare un miglior uso della luce naturale

    Un concetto fondamentale è quello di evitare i bagliori. I bagliori possono essere causati sia da luce direttamente negli occhi sia da luce riflessa. Per evitare i bagliori dalle finestre si possono utilizzare dei vetri opachi o delle pellicole opacizzati, per ottenere un effetto di diffusione, oppure delle tende. Se i bagliori fossero troppo intensi potrebbe anche essere il caso di modificare l’organizzazione della postazione. Per evitare la luce riflessa è importante utilizzare un piano di lavoro opaco o ridurre l’intensità della sorgente luminosa.

    È necessario anche assicurarsi che le sorgenti siano posizionate correttamente in modo tale da illuminare l’oggetto su cui si sta lavorando e garantendo una visione corretta senza dover ricorrere a posture scorrette. Evitare lampade puntate direttamente negli occhi regolandone la posizione o utilizzando dei paraluce. Ogni compito svolto richiede una sua illuminazione. Valori consigliati di illuminazione sono 100-300 lux per ambienti dove è richiesta poca attenzione ed è sufficiente orientarsi bene che salgono a 500-1000 lux dove è richiesta una maggior e attenzione ai dettagli. Si arriva fino ai 2000 lux dove sono richiesti elevati livelli di precisione. 

    Come ridurre l’affaticamento oculare

    I bisogni delle persone sono complessi. Al centro dei bisogni umani c’è la visibilità, perché è il rilevamento e l’organizzazione dei modelli di luce che consentono a una persona di analizzare e valutare l’ambiente. La visibilità è però fondamentale per un numero molto maggiore di bisogni come prestazioni nel lavoro, umore e atmosfera, comfort visivo, giudizio estetico, salute, sicurezza e benessere, e comunicazione sociale.

    Per garantire un’illuminazione corretta sono da evitare superfici lucide riflettenti e bagliori troppo intensi così come gli sfarfallii, sia delle luci che dei display. È molto importante utilizzare un’illuminazione uniforme del piano di lavoro ed adeguata ai compiti svolti. Può essere utile anche evitare ombre troppo marcate, soprattutto se vicino gli oggetti di interesse. Laddove è necessaria una buona discriminazione del colore, selezionare una lampada con un CRI elevato.

    Può essere utile anche aumentare la dimensione degli oggetti di interesse, ad esempio mediante ingrandimento, e aumentare il contrasto di luminanza dei dettagli. È fondamentale assicurarsi che l’oggetto presenti un’immagine nitida sulla retina ovvero che si riesca a mettere a fuoco correttamente la zona di lavoro. Per questo sono comunque raccomandati check up annuali dall’oculista. 

    Illuminazione dei display

    Queste considerazioni sono applicabili anche qualora l’oggetto di interesse sia un monitor. Il discorso diventa però più complesso in quanto il monitor stesso è una fonte di luce. Non richiede quindi ulteriore illuminazione ma richiede la calibrazione corretta di luminosità e contrasto.  Si aggiunge la necessità di avere un display di qualità evitando che vi sia riflessa ulteriore luce sopra. Utilizzare risoluzioni appropriate poiché leggere e interpretare per ore al giorno caratteri sfocati, minuscoli o comunque illeggibili può affaticare gli occhi degli operatori. È consigliato prendere ogni 20 minuti una piccola pausa di qualche secondo fissando un punto lontano, almeno 6 metri, così da rilassare i muscoli oculari. È raccomandabile anche guardarsi intorno e ogni 2 ore alzarsi dalla sedia e fissare dei punti in lontananza. 

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