Licht.wissen 19

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Licht.wissen 19

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Wirkung des Lichts auf den Menschen
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licht.wissen 19 _ Wirkung des Lichts auf den Menschen
01
Inhalt
3 Editorial
4 Licht prägt die Evolution
des Menschen
32 Praxisbeispiel: Dynamisches Licht
in der Schule
im Seniorenheim
6 Biologische Rhythmen
10 Die innere Uhr
für zu Hause
14 Biologisch wirksames Licht
38 Lampenspektren
16 Biologisch wirksames Licht in
Innenräumen
40 Ausblick: Forschung wird intensiviert
42 Glossar
20 Lichttherapie
44 Normen, Literatur
[Titel] Das Gehirn synchronisiert die innere
Uhr des Menschen mit der Außenwelt. Ein
Taktgeber ist das Licht.
[01] Biologisch wirksame Beleuchtung ergänzt bedarfsgerecht das einfallende Tageslicht.
[02] In der dunklen Jahreszeit besonders
wichtig: Biologisch wirksames Licht unterstützt den schwächeren Tageslichtreiz in
Innenräumen.
24 Hinweise zur Lichtplanung
46 Publikationen von licht.de
26 Beleuchtungsqualität und
Energieeffizienz
im Büro
am Industriearbeitsplatz
47 Impressum und Bildnachweis
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Editorial
Hell und dunkel, warm und kalt oder der Wechsel der Jahreszeiten: Erdrotation und -neigung bedingen konstant wiederkehrende Veränderungen, die im Laufe der Evolution dazu geführt
haben, dass der Mensch ein System von inneren Uhren entwickelt hat, das solche Veränderungen antizipiert – das circadiane
System: Einem komplizierten Uhrwerk gleich, steuert es die
24-Stunden-Variation sämtlicher Körperfunktionen und stimmt
sie aufeinander ab. Wird es gestört, kann das zu unterschiedlichsten Krankheitssymptomen wie Depressionen oder Immunerkrankungen führen.
Bereits seit den 1980er-Jahren erforschen Wissenschaftler, wie
sich über das Auge vermitteltes Licht biologisch auf den Menschen auswirkt. Doch erst 2002 entdeckten sie Ganglienzellen in
der Netzhaut von Säugetieren, die nicht dem Sehen dienen. Sie
reagieren am sensibelsten auf sichtbares blaues Licht und stellen
die „Master Clock“, die wiederum das System innerer Uhren mit
dem äußeren Hell-Dunkel-Zyklus synchronisiert.
Das vorliegende Heft fasst praxisrelevant und anwenderorientiert
heute verfügbares Wissen über die okular vermittelte, nicht visuelle Wirkung des Lichts auf den Menschen zusammen. Es ist
kein abschließendes Übersichtswerk, sondern der ambitionierte
Versuch, das schnell wachsende Forschungsfeld von Licht,
Gesundheit und Leistungsfähigkeit zu einem frühen Zeitpunkt
darzustellen.
Die Chronobiologie wird unser tägliches Leben künftig substanziell verändern. Ein Ziel ist es, das circadiane System durch dynamisches Licht zu stärken: Im Kern geht es darum, Tageslicht in
Innenräume zu bringen und tagsüber bedarfsgerecht durch künstliches Licht mit erhöhtem Blauanteil zu ergänzen.
Arbeit soll dadurch sicherer und effizienter werden, das Lernen
konzentrierter. In Pflegeheimen oder Krankenhäusern unterstützt
dynamisches Licht den Schlaf-/Wachzyklus der Menschen,
fördert Wohlbefinden und Heilungsprozesse. In den Abend- und
Nachtstunden dagegen wird Licht mit geringerem Blauanteil
dazu führen, dass zum Beispiel Schichtarbeiter seltener krank
werden und Schlafstörungen insgesamt abnehmen.
Das Thema Licht und Gesundheit ist faszinierend. Die Entdeckung des dritten Fotorezeptors hat ihm neue Dynamik verliehen:
Chronobiologen, Lichtindustrie und Architekten haben jetzt die
Chance, durch gemeinsame Anstrengungen die Lebensqualität
der Menschen entscheidend zu verbessern. licht.wissen 19
leistet hierzu einen Beitrag.
Dr. Dieter Kunz, Abteilung für Schlafmedizin, St. Hedwig-Krankenhaus, Berlin
Institut für Physiologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin, CBF
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4
Licht prägt die Evolution des Menschen
Licht ist Leben. Unter dem Einfluss der Sonne entwickelten sich vor drei Milliarden Jahren die ersten Lebewesen
auf der Erde. Den „weisen“ Menschen (Homo sapiens) gibt es seit etwa 170.000 Jahren. Lange Zeit hatte er
nur das Feuer, erst seit etwas mehr als 100 Jahren nutzt er elektrisches Licht. Kein Wunder also, dass Tageslicht
den Menschen geprägt hat.
Alles Leben auf der Erde ist räumlich und
zeitlich organisiert. Viele natürliche Vorgänge verlaufen rhythmisch. Die Erde dreht
sich in 24 Stunden um ihre Achse und in
365 Tagen um die Sonne. So entstehen Tag
und Nacht, Sommer und Winter. Der Mond
wiederum dreht sich um die Erde, bewirkt
dadurch die Gezeiten und im Wechselspiel
mit der Sonne den monatlichen Rhythmus.
ihren eigenen Fortbestand und den der
Pflanze. Im Laufe der Zeit haben Organismen ihre innere Uhr immer wieder biologisch sinnvoll an äußere Rhythmen anpassen müssen. Diese Fähigkeit hat sich
evolutionsbiologisch als Vorteil herausgestellt. So hat auch der Mensch ein genetisch verinnerlichtes Wissen über Zeiträume
entwickelt.
Diese Zyklen haben die Lebensräume auf
der Erde stark beeinflusst: Viele Pflanzen
beispielsweise passen ihre Überlebensstrategie an Tag und Nacht an. Sie öffnen ihre
Blüten mit dem ersten Sonnenlicht. Ihr Nektar wird dadurch für Insekten erreichbar, die
ihre Sammelflüge daran anpassen. Dabei
bestäuben sie die Pflanze. So sichern sie
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[03 – 05] Tag oder Nacht, Sommer oder
Winter: Licht bestimmt die Rhythmen allen
Lebens auf der Erde – auch die des Menschen: Im Laufe der Evolution hat er sich
daran angepasst und eine innere Uhr entwickelt.
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Biologische Rhythmen
Vom Gehirn kontrolliert, läuft im menschlichen Körper jeden Tag das gleiche Programm ab. Die innere Uhr steuert
Schlaf- und Wachphasen, aber auch Herzfrequenz, Blutdruck und Stimmung. Jede Zelle und jedes Organ hat
einen eigenen Rhythmus, der regelmäßig mit der Außenwelt synchronisiert werden muss. Der Mensch orientiert
sich dazu vor allem an Tag und Nacht.
Viele Körperfunktionen des Menschen und
anderer Lebewesen verlaufen zyklisch.
Chronobiologen unterscheiden je nach Periodenlänge drei wichtige Kategorien:
> Ultradiane Rhythmen betragen jeweils
nur wenige Stunden, wie zum Beispiel
Tageszeiten oder Hunger-, Schlaf- und
Wachphasen bei Säuglingen.
> Circadiane Rhythmen orientieren sich an
Tag und Nacht. Sie dauern etwa 24 Stunden (lat. circa = ungefähr, dies = Tag).
> Infradiane Rhythmen schließlich sind länger als 24 Stunden, wie beispielsweise der
Wechsel der Jahreszeiten.
Circadianer Rhythmus
Der Mensch und seine Körperfunktionen
folgen tages- und jahreszeitlichen Rhythmen. Von der Zelle bis zu den Organen,
jede Einheit steuert ihr zeitliches Programm
selbst. Atmung und Herzschlag, Wachen
und Schlafen: Alle biochemisch kontrollierten Funktionen haben im Laufe eines Tages
ihre individuellen Hoch- und Tiefpunkte.
Kurz vor dem Aufwachen steigt die Körpertemperatur, Blutdruck und Pulsfrequenz
erhöhen sich. Etwa eine Stunde später produziert der Körper stimulierende Hormone.
Mediziner wissen, dass die gefährlichste
Zeit für einen Herzinfarkt vormittags zwischen 10 und 12 Uhr ist. Zum gleichen Zeitpunkt dagegen fallen knifflige Denksportaufgaben wie Sudoku am leichtesten. Auch
das Kurzzeitgedächtnis läuft jetzt auf Hochtouren, beste Voraussetzungen also für
Prüfungen und Bewerbungsgespräche.
Aber auch ohne etwas zu essen, hat der
Mensch am Mittag ein Leistungstief. Am
frühen Nachmittag geht es wieder bergauf
mit Körper und Geist. Dafür ist das Schmerzempfinden auf seinem Tiefpunkt. Empfindliche Patienten sollten daher ihren Zahnarzttermin nicht morgens, sondern gegen
15 Uhr wahrnehmen.
Wer zwischen 16 und 17 Uhr Sport treibt,
ist besonders leistungsfähig. Die Zeit ist
ideal für Muskelaufbau und Konditionstraining. Das Bier danach baut der Körper zwischen 18 und 20 Uhr am besten ab.
Wenn es dunkel wird, ermüdet der Mensch.
Um 3 Uhr nachts erreicht sein Organismus
das absolute Tief. Die Statistik erfasst für
diesen Zeitpunkt übrigens die meisten natürlichen Sterbefälle.
Rhythmus ist genetisch bedingt
Der Mensch hat den Rhythmus von Tag
und Nacht verinnerlicht. Die Fähigkeit, den
Körper auf die Tageszeit einzustellen, ist im
Erbgut verankert. Versuche mit Testpersonen in Isolierkammern haben bewiesen,
dass regelmäßige Schlaf- und Wachphasen
auch dann eingehalten werden, wenn sie
nicht durch Tageslicht stimuliert werden.
Der genetisch vorgegebene Rhythmus des
Menschen liegt üblicherweise bei etwas
mehr als 24 Stunden. Einige folgen einem
Zyklus von unter 24 Stunden, andere liegen
deutlich darüber. Entsprechend lassen sich
Menschen in sogenannte Chronotypen
einteilen.
Chronotypen
[06+07] Der Mensch hat den Rhythmus
von Tag und Nacht verinnerlicht: Schlaf- und
Wachphasen wechseln sich ab, aber auch
Körpertemperatur, Atmung und Puls folgen
eigenen Rhythmen – mit individuellen Hochund Tiefpunkten zu bestimmten Tageszeiten.
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Zwischen 12 und 14 Uhr produziert der
Magen am meisten Säure. So fällt es nicht
weiter schwer, das Mittagessen zu verdauen. Dabei verschlingt der Magen so viel
Energie, dass der restliche Körper ermüdet.
Erkennen lassen sich Chronotypen vor
allem an ihren Schlafgewohnheiten. Für viele Menschen gilt: Morgenstund’ hat Gold
im Mund. Die sogenannten „Lerchen“ sind
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schon frühmorgens hellwach. „Eulen“ dagegen brauchen einige Zeit, um sich mit
dem neuen Tag anzufreunden. Ihre innere
Uhr läuft deutlich langsamer als die anderer
Menschen. Die innere Uhr der Lerchen hingegen ist zu schnell. Ihr Rhythmus ist oftmals schon nach 23 Stunden abgeschlossen, der der Eulen manchmal erst nach
26 Stunden.
Verglichen mit dem Durchschnitt haben
beide einen verschobenen Schlaf-/WachRhythmus. Den einen drängt seine innere
Uhr zum frühen Aufstehen, während sie
den anderen zum Morgenmuffel macht. Vor
allem die Eulen erleben einen permanenten
„sozialen Jetlag“, wenn sie frühmorgens
aus der Nachtruhe gerissen werden, die für
sie subjektiv noch lange nicht beendet ist.
Ihr Organismus passt sich trotz ausgleichender externer Faktoren wie Arbeitszeiten oder Tageslicht nur schlecht an den
kürzeren Rhythmus der Erdumdrehung an.
Mit jedem Werktag häufen sie ein immer
größeres Schlafdefizit an, das dann am Wochenende ausgeglichen werden muss.
Aber auch Frühaufsteher empfinden ihre innere Uhr als störend. Vor allem am Wochenende, wenn sie spät ins Bett gehen und
dennoch am Morgen zur gewohnt frühen
Zeit aufwachen. Ausgeprägte Chronotypen
leiden oftmals auch gesundheitlich unter
dem permanenten Konflikt mit ihrer biologischen Uhr. Sie sind anfälliger für organische
Erkrankungen und greifen statistisch gesehen häufiger zu Nikotin und Alkohol.
Jahreszeitliche Unterschiede
Auch Sommer und Winter beeinflussen die
chronobiologischen Rhythmen des Menschen. Oftmals ist er im Winter weniger fit,
kann sich nur schlecht konzentrieren oder
reagiert langsamer. Zudem isst er mehr, so
dass Körpergewicht und Blutzuckerspiegel
steigen.
Darüber hinaus wirken sich die Jahreszeiten
psychologisch aus. Vor allem in Gegenden
mit ausgeprägten Jahreszeiten sind die
Menschen im Winter nervöser als im Sommer und meist auch schlechter gelaunt.
Einige Menschen sind während der dunklen
Jahreszeit jedoch nicht nur leicht getrübter
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Stimmung, sondern regelrecht depressiv.
Sie leiden unter einer saisonal abhängigen
Depression (Seasonal Affective Disorder =
SAD). In Deutschland ist jeder zehnte Erwachsene davon betroffen (siehe Seite 20,
Lichttherapie gegen SAD-Symptome).
Rhythmus und Lebensalter
Wenn junge Eltern oft gestresst und müde
sind, dann liegt das auch an der inneren
Uhr ihres Nachwuchses. Denn Säuglinge
und Kleinkinder bewegen sich noch in ultradianen Rhythmen, also Phasen von jeweils
drei oder vier Stunden. Erst im Alter von
fünf Jahren passt sich der Mensch an Tag
und Nacht an.
Doch schon als Teenager entwickelt er
neue Rhythmen und erntet von seinen Eltern dafür bestenfalls Unverständnis. Er
geht spät ins Bett und schläft morgens
gerne länger, oft auch über acht Stunden
hinaus. Mit 18 bis 20 Jahren nimmt das
Schlafbedürfnis dann wieder ab auf gut sieben Stunden. Mit Beginn des dreißigsten
Lebensjahres lässt die Schlafqualität kontinuierlich nach. Der Mensch schläft flacher
und subjektiv schlechter, obwohl er früher
und regelmäßiger ins Bett geht.
Die Symptomatik verschärft sich mit Überschreiten des siebzigsten Lebensjahres:
Der Körper benötigt nachts immer weniger Schlaf, selbst die Körpertemperatur
schwankt kaum noch im Laufe eines
Tages. Der Schlaf-/Wach-Rhythmus koppelt sich zunehmend von den äußeren
Taktgebern ab. Daher wird die Großmutter
auch kaum auf ihren Mittagsschlaf verzichten. Je älter der Mensch wird, desto
weniger unterscheidet sein Körper zwischen Tag und Nacht.
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[08] Schlaf- und Wachrhythmen verändern
sich im Laufe des Lebens.
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[09] Leistungskurve des Menschen im
Tagesverlauf: Morgens gegen 10 Uhr sind
Körper und Geist am effektivsten. Um 3 Uhr
nachts erreicht der Organismus seinen Tiefpunkt.
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Die innere Uhr
Jeder Mensch tickt anders. Dennoch ist er gebunden an Tag und Nacht. Alle Zellen haben ihre eigene Rhythmik
im „Konzert“ des Körpers, sind aber blind für die Außenwelt. Die „Master Clock“ dirigiert die vielen inneren Uhren
und synchronisiert sie mit ihrer Umwelt. Taktgeber ist das Licht.
SCN ist die Master Clock
Der Suprachiasmatische Nucleus (SCN) ist
Mittler zwischen dem Licht und der körperlichen Reaktion darauf. Hauptaufgabe des
SCN ist es, wie ein Dirigent die vielen kleinen Uhren des Körpers zu koordinieren, die
keinen direkten Draht zur Außenwelt haben.
Denn der Stoffwechsel muss an die Tageszeiten angepasst sein. Nur so lassen sich
die vielen verschiedenen Prozesse zeitlich
aufeinander abstimmen.
Als Master Clock taktet der SCN die Zellen,
indem er über Nervenverbindungen oder
Botenstoffe die einzelnen Uhren im Körper
synchronisiert. Dazu schaltet er sie an oder
ab, aktiviert oder hemmt Enzyme, lässt Hormone produzieren oder blockieren.
Der SCN besteht aus zwei reiskorngroßen
Gehirnkernen, die über der Kreuzung der
beiden Sehnerven sitzen und als Schaltzentrale unserer inneren Uhr gelten. Sie bestehen jeweils aus einigen tausend Nervenzellen, deren circadiane Rhythmen durch
das Tageslicht täglich „gestellt“ werden.
Dritter Lichtrezeptor
[10] Der Mensch synchronisiert seine innere
Uhr immer wieder mit der Außenwelt. Natürlicher Taktgeber ist das Tageslicht.
[11] Erst 2002 entdeckten Wissenschaftler
spezielle Ganglienzellen auf der Netzhaut, die
nicht dem Sehen dienen. Sie sind im nasalen
und unteren Bereich der Netzhaut am empfindlichsten. Die Zapfen und Stäbchen sind
für das Sehen verantwortlich.
Dass selbst Langschläfer auch ohne Wecker irgendwann von alleine aufwachen,
verdanken sie ihrem circadianen Rhythmus, der durch Licht stimuliert wird. Lange
war jedoch unklar, wie Menschen diese
Lichtreize wahrnehmen. Erst 2002 haben
Wissenschaftler neben Stäbchen und Zapfen einen dritten Fotorezeptor in der Netzhaut entdeckt. Dieser dient jedoch nicht
dem Sehen. Es handelt sich um spezielle
Ganglienzellen, die sich über die Netzhaut
verteilen.
Ganglienzellen bilden eine zum Glaskörper
hin gelegene Nervenzellschicht und leiten
als Ausgangsneuronen visuelle Informatio-
nen der Netzhaut über den Sehnerv ins
Gehirn weiter. Insgesamt unterscheidet die
Wissenschaft 20 verschiedene Arten. Im
neuen Typus, der den dritten Rezeptor bildet, entdeckten die Forscher das lichtempfindliche Protein Melanopsin, das zum
Beispiel bekannt ist aus der Haut von
Fröschen, die ihre Hautfarbe der Umgebung anpassen können.
In Versuchen veränderten sich lichtunempfindliche Zellen von Mäusen zu lichtsensitiven, nachdem sie mit menschlichem
Melanopsin geimpft wurden. Am empfindlichsten reagierten sie auf das blaue Licht
des sichtbaren Spektrums mit einer Wellenlänge um 460 Nanometer.
Beim Menschen haben Wissenschaftler
den neuen Fotorezeptor daraufhin zuerst
indirekt nachgewiesen. Dazu bestrahlten
sie Testpersonen nachts für eineinhalb
Stunden mit monochromatischem Licht
verschiedener Wellenlängen und beobachteten die Konzentration des als Schlafhormon bekannten Melatonins in deren Blut.
Sie verglichen die Werte vor und nach der
Bestrahlung und stellten fest, dass blaues
Licht die Produktion von Melatonin in der
Nacht unterdrückt.
Licht taktet die innere Uhr
Licht ist also der entscheidende Taktgeber
für den SCN. Als Reiz verarbeiten die melanopsinhaltigen Ganglienzellen es jedoch
nicht visuell: Über den retino-hypothalamischen Trakt sind die Ganglienzellen direkt
mit dem SCN, der Epiphyse (Zirbeldrüse)
und dem Hypothalamus verbunden. Dieser
ist das wohl wichtigste Steuerzentrum des
vegetativen Nervensystems.
Abends produziert die Epiphyse Melatonin.
Es sorgt dafür, dass der Mensch ermüdet.
Morgens sinkt der Melatoninspiegel wieder.
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Visueller (Grün) und biologischer (Blau) Pfad
Sehzentrum
Suprachiasmatischer
Nucleus (SCN)
Zirbeldrüse
Oberes
Zervikalganglion
Retinohypothalamischer Trakt
Rückenmark
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Der Einfluss des Tageslichts auf den menschlichen Körper
3.00 Uhr
nachts
06:00
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12
12:00
18:00
24:00
9.00 Uhr
morgens
06:00
12:00
18:00
Cortisol-Spiegel
24:00
06:00
Melatonin-Spiegel
Das erste Sonnenlicht unterstützt den genetisch festgelegten Rhythmus, indem es
die Produktion des Hormons zusätzlich
hemmt.
Hormone: Botenstoffe der inneren Uhr
Verdauung, Stimmung oder Schlaf: Der
Mensch ist bestimmt von komplizierten
biochemischen Prozessen. Wann das
Essen gut bekömmlich ist, die Leistungsfähigkeit am höchsten und der Schlaf am
tiefsten sind, regeln die Hormone. Vor
allem Melatonin und Cortisol bestimmen
den circadianen Rhythmus, denn sie wirken im Körper entgegengesetzt. Auch der
„Stimmungsaufheller“ Serotonin ist für
diesen Prozess biochemisch unerlässlich.
Melatonin
Melatonin macht müde, entschleunigt
die Körperfunktionen und senkt die Aktivität zugunsten der verdienten Nachtruhe.
Es sorgt zudem dafür, dass viele Stoffwechselvorgänge zurückgefahren werden.
Die Körpertemperatur sinkt, der Organismus läuft sozusagen auf Sparflamme. In
dieser Phase schüttet der Körper Wachstumshormone aus, die nachts die Zellen
reparieren.
Cortisol
[12] Stäbchen und Zapfen übertragen den
optischen Reiz via Sehnerv ins Sehzentrum
des Gehirns (grüner Pfad). Die Ganglienzellen
des dritten Lichtrezeptors dagegen sind über
den retinohypothalamischen Trakt mit dem
oberen Zervikalganglion im Rückenmark und
dem SCN verbunden (blauer Pfad). Über Zirbeldrüse und Hormonhaushalt synchronisiert
der SCN den Körper mit der Außenwelt.
[13] Cortisol und Melatonin wirken antizyklisch: Morgens produziert der Körper Cortisol. Gegen 9 Uhr ist es im Blut maximal
konzentriert, fällt über den Tag dann kontinuierlich ab. Die Melatoninproduktion setzt erst
mit der Dunkelheit wieder ein. Um 3 Uhr ist
der Melatoninspiegel am höchsten.
Cortisol dagegen ist ein Stresshormon, das
etwa ab drei Uhr morgens in der Nebennierenrinde produziert wird. Es regt den
Stoffwechsel wieder an und programmiert
den Körper auf Tagesbetrieb. Das erste
Morgenlicht reizt dann den dritten Rezeptor im Auge und unterdrückt die Produktion
von Melatonin in der Epiphyse. Gleichzeitig
sorgt die Hypophyse (Hirnanhangdrüse)
dafür, dass der Körper verstärkt Serotonin
ausschüttet.
Serotonin
Serotonin wirkt stimmungsaufhellend und
motivierend. Während der Cortisolspiegel
im Blut über den Tag abfällt und sich dabei
antizyklisch zum Melatoninspiegel verhält,
verhilft das Serotonin dem Menschen zu
mehreren Leistungshochs. Bei einbrechender Dunkelheit schaltet die innere Uhr auf
Nacht.
Hat der Körper tagsüber aber Lichtmangel,
wird auch der Melatoninspiegel niedrig
ausfallen. Die Folgen: Der Mensch schläft
schlecht, wacht unausgeruht auf, ist tagsüber müde und wirkt antriebslos. Bleibt ab
Herbst ein ausreichender Lichtreiz am Tag
aus, kann der Prozess in eine Negativspirale münden. Einige Menschen entwickeln in dieser Zeit sogar eine saisonal abhängige Depression (SAD). Ihre innere Uhr
gerät aus dem Takt, weil das hormonelle
Gleichgewicht im Gehirn gestört ist.
Biologische Dunkelheit
Der Mensch entfernt sich heute immer mehr
von seinen natürlichen Rhythmen. Viele arbeiten im Schichtbetrieb oder in fensterlosen Gebäuden. Morgens oder abends, im
Supermarkt oder im Büro: Fast unbegrenzt
steht künstliches Licht bereit, um Menschen das Sehen zu ermöglichen oder ihre
Nacht einfach zum Tag zu machen.
Doch trotz normgerechter Beleuchtung fehlen oft Dynamik und biologische Wirkung
des Tageslichts. Die Wissenschaft spricht in
diesem Zusammenhang bereits von „Biologischer Dunkelheit“. Für den Menschen hat
das Folgen: Seine innere Uhr gerät aus
dem Takt.
Künstliche Beleuchtung ergänzt
Tageslicht
Aufgabe biologisch wirksamen künstlichen
Lichts ist es, die Wirkung von Tageslicht in
Innenräumen zu unterstützen. Im Verlauf
eines Tages verändern sich Einfallwinkel,
Anteile an direktem und indirektem Licht,
Lichtfarbe und Helligkeit. Moderne Beleuchtungskonzepte stellen deshalb Licht
unterschiedlicher Farbtemperatur und unterschiedlicher Beleuchtungsstärke dynamisch bereit.
Künstliches Licht kann so den menschlichen
Rhythmus stabilisieren und ihn mit Zeiten
synchronisieren, die von seiner inneren Uhr
abweichen. Dabei ist der Zeitpunkt entscheidend, wann das Auge hellem Licht
ausgesetzt wird. Licht am Abend verzögert
die Melatoninproduktion und stellt die innere Uhr nach. Licht am frühen Morgen
dagegen verlagert den natürlichen Rhythmus nach vorne.
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Biologisch wirksames Licht
Licht unterstützt die biologischen Prozesse im menschlichen Körper. Es synchronisiert den Organismus mit
seiner Umwelt. Doch nicht immer und überall steht es ausreichend bereit. Gut, dass künstliches Licht dann
biologisch wirksam hinzugeregelt werden kann.
In der freien Natur, zu Hause oder am Arbeitsplatz: Licht ist für den Menschen unerlässlich. Zu wenig Licht kann dafür verantwortlich sein, dass sich die innere Uhr des
Menschen verschiebt oder seine Schlafund Wachphasen weniger stark ausgeprägt sind. Beides wirkt sich negativ auf
den chronobiologischen Rhythmus aus und
kann die Gesundheit beeinträchtigen.
Tageslicht und künstliche Beleuchtung
kombinieren
Die Helligkeit des Tageslichts hängt stark
von geografischer Lage, Wetter, Jahresoder Tageszeit ab. In Mitteleuropa könnten
die meisten Räume zwar von etwa 8 bis
17 Uhr mit natürlichem Licht beleuchtet
werden. Doch das durch die Fenster einfallende Tageslicht reicht in der Raumtiefe
meist nicht aus.
Biologisch wirksame künstliche Beleuchtung kann dann zugeschaltet oder – abhängig vom Tageslicht – automatisch
stufenlos hinzugeregelt werden. Tageslicht
und künstliche Beleuchtung sollten einander also ergänzen und bei der Innenraumbeleuchtung nicht konkurrieren. Beide zu
kombinieren, spart zudem Energie und erhöht die Beleuchtungsqualität.
Faktoren biologisch wirksamen Lichts
Die Natur gibt die Faktoren für biologisch
wirksames Licht vor:
> Beleuchtungsstärke,
> Flächigkeit,
> Lichtrichtung,
> Farbtemperatur und
> Dynamik.
Tageslicht ist mehrere Tausend Lux stark.
Untersuchungen zeigen jedoch, dass bereits Beleuchtungsstärken zwischen 500
und 1.500 Lux biologisch wirksam sind.
Dazu muss das Licht aber auch viele Rezeptoren in der Netzhaut erreichen. Wie
beim Himmel muss es deshalb großflächig
von oben und von vorne ins Auge fallen.
Dabei spielt die Farbtemperatur eine entscheidende Rolle: Sie sollte dem Tageslicht
ähneln. Sein Spektrum enthält den biologisch wirksamen blauen Bereich und wird
von Menschen als angenehm empfunden.
Schließlich verändern sich Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur des Tageslichts
von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang
dynamisch.
Künstliche Beleuchtung, die sich an diesen Parametern orientiert, unterstützt wirksam und bedarfsgerecht die positiven
Effekte des Tageslichts auf den menschlichen Organismus.
[14] Licht aktiviert und beeinflusst unsere
Stimmung.
[15] Die Farbtemperatur bestimmt, wie das
Licht wirkt: Ein warmweißes Spektrum entspannt, Tageslichtweiß aktiviert.
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Biologisch wirksames Licht in Innenräumen
Damit künstliche Beleuchtung in Innenräumen biologisch wirkt, orientiert sie sich am Vorbild der Natur: Intelligent
gesteuert, lenkt sie die notwendigen Beleuchtungsstärken abhängig von Tageszeit und Tageslicht effektiv ins Auge.
Moderne Lampen sorgen für das richtige Spektrum, Leuchten für die richtige Verteilung des Lichts.
Lichtsteuerung für die Dynamik
Biologisch wirksame künstliche Beleuchtung sollte auf den circadianen Rhythmus
des Anwenders abgestimmt sein. Sie muss
aktive Zeiten und Ruhephasen biologisch
sinnvoll unterstützen. Im Verlauf eines Tages
ändern sich Sonnenstand und Farbtemperatur des natürlichen Lichts. Dynamische
Beleuchtung orientiert sich daran und ersetzt in Innenräumen zunehmend statische
Lichtlösungen.
gelingt zum Beispiel mit entsprechend
großflächigen Leuchten.
Der Effekt wird auch erzielt, wenn Raumbegrenzungsflächen wie der obere Teil einer
Wand und die Decke als reflektierend helle
Flächen genutzt werden. Dazu eignen sich
insbesondere Leuchten, die ihr Licht direkt
und indirekt abstrahlen oder Wand- und
Deckenfluter, die ihr Licht ausschließlich indirekt verteilen.
Natürliches Lichtspektrum
Dazu setzt sie auf intelligente Steuerungstechnik und Sensorik. So können Leuchten,
die ihr Licht gleichzeitig direkt und indirekt
abstrahlen, beispielsweise mit Lichtquellen
unterschiedlicher Lichtfarbe bestückt werden, die individuell angesteuert werden.
Lichtmanagement-Systeme erzeugen dadurch einen bedarfsgerechten Farbtemperaturverlauf, der den natürlichen Rhythmus
des Menschen unterstützt.
Natürlich verteiltes Licht
Verteilung und spektrale Empfindlichkeit
des dritten Rezeptors auf der Netzhaut zeigen, wie perfekt sich das Auge an die natürlichen Bedingungen angepasst hat: Die
sensibelsten melanopsinhaltigen Ganglienzellen sind im nasalen und unteren Bereich
des Auges angeordnet (siehe S.10). Denn
der Himmel beleuchtet das Auge von oben
und von vorne. So muss auch künstliche
Beleuchtung das Licht lenken, wenn es biologisch wirken soll.
[16] Großflächige Leuchten lenken ihr Licht
biologisch wirksam von vorne und von oben
ins Auge. Sind Decken und oberer Teil der
Wände reflektierend hell, unterstützt das den
Effekt zusätzlich.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass der
Rezeptor einen Sättigungszustand erreichen kann. Es genügt also nicht, eine Lichtquelle mit punktförmiger Lichtaustrittsfläche
und hohem Blauanteil zu verwenden, um
eine circadiane Wirkung zu erzielen. Dafür
ist es vielmehr notwendig, möglichst viele
Rezeptoren im Auge anzusprechen. Dies
Elektromagnetische Wellen im Bereich von
100 Nanometer bis 1 Millimeter werden als
optische Strahlung bezeichnet. Licht ist das
für das menschliche Auge sichtbare Spektrum von 380 bis 780 Nanometer.
Den Lichtreiz nimmt das menschliche Auge
mit drei unterschiedlichen Zapfen wahr, die
jeweils empfindlich auf rote, grüne oder
blaue Strahlung reagieren. Allerdings empfindet der Mensch nicht jede Farbe als
gleich hell. Versuche mit Testpersonen
haben gezeigt, dass Farben im gelb-grünen
Bereich bei 555 Nanometern am hellsten
wahrgenommen werden (siehe Grafik 19,
S. 19, hier Kurve v(␭). Kräftiges Rot oder
Blau erscheinen hingegen eher dunkel.
Neben den Zapfen tragen weitere Rezeptoren im Auge zum Sehprozess bei. Die Stäbchen ermöglichen es dem Menschen, auch
während der Dämmerung zu sehen. Allerdings können sie keine Farben unterscheiden. Ihre Hellempfindlichkeit zeigt die Kurve
v’(␭). Biologisch wirksam ist der blaue Bereich um 460 Nanometer (Kurve c(␭).
Spektrum nach Maß
Nachdem der dritte Lichtrezeptor nachgewiesen worden war, konnte technisch zunächst nur Leuchtstofflampen ein erhöhter
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Blauanteil beigemischt werden. Inzwischen
kann die Lampen- und Leuchtenindustrie
auch viele andere Lichtquellen in ihrer biologischen Wirkung optimieren. Licht emittierende Dioden (LEDs) sind besonders flexibel. Das Spektrum weißer LEDs besteht
aus blauem, im Halbleiter erzeugten Licht
und dem im Leuchtstoff erzeugten, breitbandigen Grün-Gelb-Anteil. Blau- und
Gelbanteile können fast beliebig verändert
werden. So entsteht ein Lichtspektrum
nach Maß, das auch biologisch wirkt.
Gelbe LEDs wirken dagegen nur minimal,
rote fast gar nicht. Hersteller kombinieren in
Hybrid-Leuchten daher beispielsweise
warmweiße Leuchtstofflampen mit blauen
LEDs oder tageslichtweiße mit gelben und
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roten LEDs. So werden biologische und
visuelle Wirkung individuell aufeinander abgestimmt und variiert.
Nicht alle Lampen sollen biologisch
wirken
Einige Lichtquellen zeigen produktionsbedingt eine sogenannte Quecksilberlinie: In
Abbildung 20, die das Spektrum einer Dreibanden-Leuchtstofflampe zeigt, ist sie als
deutliche Spitze bei 434 Nanometer erkennbar. Sie liegt im spektralen Bereich, für
den der dritte Fotorezeptor des Auges am
sensibelsten ist. Doch nicht zu jeder Tageszeit ist das circadian wirksame Spektrum
erwünscht. Im Rahmen des Verbundforschungsprojektes PLACAR hat die Lam-
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pen- und Leuchtenindustrie daher Leuchtstofflampen entwickelt, die diesen Bereich
eliminieren oder betonen und dennoch alle
visuellen Qualitätsansprüche erfüllen.
Beleuchtungsstärke variiert
dynamisch
projekte in Altenheimen (siehe S. 34) und
Schulen (siehe S. 32): Die Beleuchtung
hat dazu beigetragen, den Wach-/SchlafRhythmus älterer Menschen zu stabilisieren.
Zudem waren sie kommunikativer. Schüler
erbrachten bessere Leistungen, waren aufmerksamer und konzentrierter.
Im Laufe eines Tages variiert dynamische
Beleuchtung nicht nur die Farbtemperatur
von Warmweiß bis Tageslichtweiß. Auch
ihre Beleuchtungsstärke passt sich mit 500
bis 1.500 Lux dem circadianen Rhythmus
des Menschen an, indem sie den natürlichen Lichtreiz bedarfsgerecht ergänzt.
Besonders sinnvoll ist das für Räume, in
denen sich Menschen über längere Zeit
aufhalten. Die positiven Effekte zeigen Pilot-
[17+18] Die Ganglienzellen des dritten
Lichtrezeptors sind im nasalen und unteren
Bereich der Netzhaut am empfindlichsten.
Damit hat sich das Auge an die natürlichen
Lichtverhältnisse angepasst, denn der Himmel beleuchtet das Auge von vorne und
von oben. Licht, das aus dieser Richtung
aufs Auge trifft, ist daher biologisch am wirksamsten.
[19] Aktionsspektrum der Melatoninsuppression [c(␭)] im Vergleich zur Hellempfindlichkeit des Auges beim Nacht- [v’(␭)] und
Tagsehen [v(␭)]: Biologisch am wirksamsten
ist Licht mit einer Wellenlänge zwischen 460
und 480 Nanometer.
[20] PLACAR-Leuchtstofflampe mit 10.000
Kelvin Farbtemperatur
19
Forschungsprojekt PLACAR
100% –
rel. Intensität
75% –
50% –
25% –
0% –
|
400
|
450
|
500
|
550
|
600
|
650
Wellenlänge (nm)
|
700
|
750
Mit dem Auftrag, zu untersuchen, wie unterschiedliche
Lampen auf verschiedene Parameter des circadianen
Systems wirken, wurde 2006 das Forschungsprojekt
PLACAR ins Leben gerufen. Die Abkürzung steht für
„Plasmalampen für circadiane Rhythmen“. Die Forschungsergebnisse sollen langfristig dazu führen,
Lampen zu entwickeln, die circadiane Rhythmen
positiv beeinflussen. An PLACAR beteiligt sind die
deutsche Lampen- und Leuchtenindustrie, die Klinik
für Psychiatrie und Psychotherapie an der Berliner
Charité und das Leibniz-Institut für Plasmaforschung
und Technologie in Greifswald.
20
19
Lichttherapie
Biologisch wirksames Licht wird auch in der Medizin eingesetzt. Saisonal
abhängige Depressionen (SAD), die in der dunklen Jahreszeit auftreten,
werden mit Licht bereits erfolgreich therapiert. Erste Untersuchungen
deuten jetzt darauf hin, dass die Lichttherapie auch gegen nicht saisonale
Depressionen und andere Krankheiten wirkt.
Bäume verlieren ihre Blätter, Störche ziehen
nach Süden, und Igel halten Winterschlaf.
Nur der Mensch glaubt, den Jahreszeiten
trotzen zu können. Ganz klar, ein von der
Natur bestimmtes Leben passt nicht in die
industrialisierte Welt. Kaum ein Arbeitgeber
würde akzeptieren, wenn seine Mitarbeiter
ihren biologischen Rhythmen folgend zur
Arbeit erschienen. Also quälen sich viele
Menschen mit auffallend schlechter Stimmung durch Herbst und Winter.
Saisonal abhängige Depression
Der Lichtmangel ist tatsächlich ein ernstes
Problem: Fehlt ausreichend natürliches Licht,
entwickeln fünf bis 20 Prozent der Gesamtbevölkerung regelrechte „Mangelerscheinungen“. Symptome wie verstärktes Schlafbedürfnis, fehlende Antriebskraft, Stimmungsschwankungen und sogar Depressionen
können sich in Wintermonaten zu einer saisonal abhängigen Depression (SAD) entwickeln, die therapiert werden muss.
US-amerikanische Wissenschaftler haben
dieses Phänomen seit Anfang der 1980erJahre erforscht. SAD unterscheidet sich
von anderen Formen der Depression vor
allem dadurch, dass die Symptome mit länger werdenden Tagen im Frühling abklingen, im Herbst aber wieder auftreten.
Heißhunger durch Lichtmangel
[21] Beim Hausarzt, in der Klinik oder bequem zu Hause: Lichttherapiegeräte beugen
wirksam und unkompliziert einer saisonal
abhängigen Depression vor.
20
Die Betroffenen leiden im Gegensatz zu
anderen depressiven Patienten auch nicht
an Schlaflosigkeit. Im Gegenteil, sie gehen
früher ins Bett als im Sommer und haben
dennoch Schwierigkeiten, aufzustehen.
Auch Appetitlosigkeit – sonst eine typische
Begleiterscheinung von Depressionen –
ist ihnen fremd. Sie entwickeln sogar Heißhunger, vor allem auf Kohlenhydrate wie
Schokolade, Kartoffelprodukte oder Brot.
21
21
Wissenschaftler gehen daher von mehreren
Ursachen für SAD aus: Eine Fehlfunktion
der Lichtrezeptoren auf der Netzhaut kann
dafür ebenso in Frage kommen wie ein nur
unzureichend ausgeprägter Schlaf-/WachRhythmus und andere Faktoren.
Wahrscheinlich ist, dass sich SAD-Patienten individuell schlechter an die kürzeren
Wintertage anpassen. Dies wiederum bringt
ihre innere Uhr aus dem Takt. Auch ein
Mangel der absoluten Menge an Licht wird
diskutiert. Dafür spricht die Tatsache, dass
in Alaska jeder dritte Erwachsene von SAD
betroffen ist, in Florida dagegen nur einer
von 25.
Eine vergleichende repräsentative Umfrage
führender Chronobiologen in den USA und
der Schweiz kommt dennoch zu einem
anderen Ergebnis. Danach litten 1999 prozentual deutlich mehr Amerikaner an einer
schwächer ausgeprägten SAD als Eidgenossen – trotz vergleichbaren Wetters. Die
Studie stellt fest, dass SAD nicht von der
Sonnenscheindauer abhängt, sondern vom
individuellen Lichtverhalten. Denn um das
innere Schwungrad in Bewegung zu halten,
tut es auch in der dunklen Jahreszeit gut,
sich tagsüber ausreichend lange im Freien
zu bewegen.
Therapiegeräte mit Tageslichtspektrum
Für Menschen, die tagsüber nicht genügend Tageslicht bekommen, sind Lichttherapiegeräte eine echte Alternative. Kleinere
Geräte gibt es auch für den häuslichen Gebrauch oder für das Büro. Sie unterscheiden sich von den professionellen Geräten in
Kliniken oder bei niedergelassenen Ärzten
hauptsächlich durch die Größe der leuchtenden Fläche. Klinikgeräte sind am größten. Drei bis vier Patienten können damit
gleichzeitig behandelt werden. Geräte für
daheim sind hingegen nur für eine Person
ausgelegt.
Ein Betriebsstundenzähler überwacht die
Lampen. Sie büßen nach 8.000 Stunden
etwa 20 Prozent ihres Lichtstroms ein und
sollten dann ausgewechselt werden. Der
spezielle Abstrahlungswinkel von Lichttherapiegeräten berücksichtigt die Geometrie
des Auges, denn die melanopsinhaltigen
Ganglienzellen (siehe S. 10) sind großflächig
22
auf der Netzhaut verteilt und im unteren Bereich am sensibelsten. Je mehr Rezeptoren
angesprochen werden, desto erfolgreicher
ist die Behandlung.
Auch sind die menschlichen Pupillen unterschiedlich weit geöffnet. Dadurch wird die
Netzhaut bei gleicher Leuchtdichte unregelmäßig bestrahlt. Schließlich trübt sich die
menschliche Linse mit zunehmendem Alter
ein, das Auge wird undurchlässiger für
Licht. Therapiegeräte müssen daher ausreichend hell sein.
Technische Anforderungen an
Lichttherapiegeräte
Therapeuthische Lichtquellen sollten eine
Leuchtdichte von etwa 8.000 Candela pro
Quadratmeter (cd/m2) haben. Die Leuchtdichte ist das Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer leuchtenden
oder beleuchteten Fläche hat. Nach wissenschaftlichen Erkenntnissen sollte sie
10.000 cd/m2 nicht überschreiten.
Die leuchtende Fläche der Therapiegeräte
sollte möglichst groß sein. Die Helligkeit
muss auf der leuchtenden Fläche möglichst
gleichmäßig verteilt sein.
Therapiegeräte strahlen ihr Licht in großem
Winkel ab, damit sich der Patient in einem
relativ weiten Bereich vor der Leuchte bewegen kann. Die Beleuchtungsstärke liegt
bei bis zu 10.000 Lux, je nach Abstand
zum Gerät. Als therapeuthisch wirksam gilt
Licht ab einer Stärke von etwa 2.000 Lux.
Die Farbtemperatur beträgt circa 6.500 Kelvin und entspricht damit dem Tageslicht um
zwölf Uhr mittags.
Besonders intensiv strahlt es im kurzwelligen blauen Bereich. Spezielle Glasscheiben
filtern schädigendes ultraviolettes Licht völlig aus dem Spektrum heraus. In keinem
Fall können und sollen Lichttherapiegeräte
die Haut bräunen.
Lichttherapie unterdrückt Schlafhormon
Lichttherapie wirkt nach heutigen medizinischen Erkenntnissen ausschließlich über
das Auge. Fällt Tageslicht auf die Netzhaut,
produziert die Hypophyse im Zwischenhirn
Hormone und Botenstoffe wie Serotonin.
Als Neurotransmitter ist es oftmals Ursache
für Depressionen, denn es ist verantwortlich
für die Informationsübermittlung zwischen
den Gehirnzellen. Nur wenn es ausreichend
vorhanden ist, funktionieren Vitalfunktionen
und Denkprozesse. Sie wiederum wirken
sich auf die Psyche aus.
Serotonin hellt die Stimmung auf, steigert
das Wohlbefinden und motiviert. Damit der
Körper verstärkt Serotonin ausschütten
kann, simulieren therapeutische Lampen
Intensität und Farbtemperatur des Tageslichts. Zudem produzieren sie kurzwelliges
Licht im blauen Bereich des sichtbaren
Spektrums, das die Ganglienzellen des dritten Fotorezeptors auf der Netzhaut reizt.
Diese hemmen daraufhin die Produktion
des Hormons Melatonin. Tagsüber ist der
Organismus dadurch wach und leistungsfähig, nachts schläft der Mensch besser. So
stabilisiert das Melatonin den circadianen
Rhythmus des Menschen. Um diesen Effekt
zu erreichen, genügt das künstliche Licht
am Arbeitsplatz in der Regel nicht.
Licht ist morgens am effektivsten
Empfehlenswert ist eine Lichttherapie am
Morgen, um der inneren Uhr eindeutig mitzuteilen, dass der Tag begonnen hat und
sie den Körper in Schwung bringen soll.
Aus dem gleichen Grund ist sie am Abend
wenig sinnvoll, da die Melatoninproduktion
unterdrückt und somit das Einschlafen erschwert wird.
Frequenz und Dauer der Therapie sind variabel. Der Arzt legt sie im Gespräch mit
seinem Patienten individuell fest, abhängig
davon, wie ausgeprägt die Symptome
sind. In den meisten Fällen tritt eine heilende Wirkung bereits nach ein bis zwei
Wochen ein.
Patienten, die regelmäßig an SAD leiden,
setzen die Lichttherapie erfolgreich auch
vorbeugend ein. Ernste Nebenwirkungen
sind bisher nicht bekannt. Gelegentliche
Beschwerden wie Augenreizungen, Kopfschmerzen und trockene Haut gehen nach
wenigen Stunden zurück. Generell sollte
vor einer Lichttherapie aber der Augenarzt
konsultiert werden, denn bei bestimmten
Erkrankungen des Auges ist Vorsicht
geboten.
Lichttherapie mit großem Potenzial
Die Lichttherapie wird in jüngster Zeit vielfältig eingesetzt. Vereinzelt werden selbst Parkinson- und Alzheimerpatienten mit dem
biologisch wirksamen Licht bestrahlt. Gesicherte Erkenntnisse liegen hierzu aber nicht
vor. Erste Untersuchungen zeigen hingegen, dass zum Beispiel prämenstruelle Beschwerden erfolgreich therapiert werden
können, vor allem die emotionalen Begleiterscheinungen.
Auch gibt es Anzeichen dafür, dass bulimische Essattacken behandelt werden können, insbesondere bei saisonal bedingter
Bulimie. Eine Vergleichsstudie der naturheilkundlichen Abteilung der Klinik Blankenstein in Hattingen belegt, dass Lichttherapie
auch bei nicht saisonalen Depressionen
gute Ergebnisse erzielt, vor allem in Kombination mit Johanniskraut.
22
Erst langsam beginnen Mediziner, die therapeutische Wirkung von Licht zu verstehen.
Die Ansätze sind vielversprechend. Sicher
ist aber schon jetzt, dass Lichttherapie ein
natürliches Antidepressivum gegen den
„Winterblues“ ist, wie die schwächere Form
von SAD auch genannt wird.
> 2.000
23
> 4.000
> 6.000 > 8.000
> 10.000 > 12.000 > 14.000 > 16.000
100% –
rel. Intensität
75% –
[22]
Lichttherapiegerät für zu Hause
25% –
[23] Leuchtdichteverteilung eines Lichttherapiegerätes mit Leuchtstofflampen
쏗 26 mm
[24] Spektrum eines Lichttherapiegeräts
(spezielle tageslichtweiße Leuchtstofflampen):
Die Lichtfarbe ähnelt dem Tageslicht.
50% –
0% –
|
|
|
|
|
|
|
|
400
450
500
550
600
650
700
750
Wellenlänge (nm)
24
23
25
26
27
Hinweise zur Lichtplanung
Tageslicht verändert sich, professionelle Beleuchtungskonzepte auch. Heute sind sie in der Lage, die biologische
Wirkung von Tageslicht in Innenräume zu holen. Damit ihr Licht tatsächlich biologisch wirkt und dabei komfortables
Sehen ermöglicht, müssen Lichtplaner einige Faktoren beachten.
Gütemerkmale
Gutes Licht unterstützt den Menschen bei
seinen täglichen Aufgaben. Deshalb muss
auch biologisch wirksame Beleuchtung
allen visuellen Qualitätsansprüchen genügen. Ob am Schreibtisch, an der Maschine
oder im Operationssaal: Licht muss den
Arbeitsbereich optimal ausleuchten, ohne
zu beeinträchtigen.
Eine gute Beleuchtungsanlage stimmt die
Beleuchtungsstärken auf die Sehaufgabe
ab und verteilt die Leuchtdichte gleichmäßig im Raum. Sie begrenzt die Direkt- und
Reflexblendung und hat eine gute Farbwiedergabe. Ihr Licht flimmert nicht und
berücksichtigt das einfallende Tageslicht.
Die grundsätzlichen Anforderungen nennt
die Norm DIN EN 12464-1 „Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten
in Innenräumen“. Sie gibt Mindestwerte für
die lichttechnisch relevanten Größen vor
und beschreibt Mindestvoraussetzungen für
gute Beleuchtungsqualität.
Für biologisch wirksames Licht muss eine
Beleuchtungsanlage zudem Lichtfarbe und
Lichtrichtung den Bedingungen anpassen.
Die Lichtfarbe wird als Farbtemperatur in
der Einheit Kelvin angegeben. Sie charakterisiert das farbliche Aussehen des Lichts
einer Lampe. Die Lichtfarbe des Himmels
24
variiert überwiegend zwischen 6.000 und
10.000 Kelvin.
Lichtfarbe ist entscheidend
Die unterschiedlichen Farbtemperaturen der
Leuchtstofflampen hängen von der Mischung des Leuchtstoffs ab. Daraus entstehen
unterschiedlich ausgeprägte Lichtspektren,
die sich in verschiedener Weise auf das circadiane System des Menschen auswirken.
So ist Licht mit höherem Blauanteil circadian wirksamer als warmweiße Lichtfarben.
Lichtverteilung im Raum
Damit Licht biologisch wirken kann, ist nicht
nur die Lichtfarbe wichtig. Die Augen müssen helle Bereiche im Raum auch möglichst
effektiv wahrnehmen können. Zu diesem
Zweck erhellen großflächige Leuchten den
Raum. Alternativ sorgen Leuchten mit Indirektanteilen für die Aufhellung der Decke
und des oberen Drittels der Wände.
Die aktivierende Wirkung des Lichts ist in
der Regel nur am Tage erwünscht. Abends
sollten warme Lichtfarben gewählt werden.
Dann können auch die sichtbaren Helligkeiten im oberen Bereich des Raumes reduziert werden.
Für eine dynamische Beleuchtung muss
darauf geachtet werden, dass das von der
Lampe abgestrahlte Spektrum weder von
28
29
30
[25 – 30] Dynamische Beleuchtung im Büro:
Einstellungen mit biologisch aktivierendem
Licht werden im Tagesverlauf nur eingesetzt,
wenn eine Aktivierung erwünscht ist.
[31+32] Lichtverteilung in DarklightTechnologie: Das Licht wird für die visuellen
Aufgaben am Schreibtisch bereitgestellt.
31
32
33
34
der Leuchte noch von den Umgebungsfarben im Raum negativ beeinflusst wird.
Materialeigenschaften und Lichtfarbe
Bei Leuchten verändern vor allem die lichtlenkenden Elemente wie Raster, Abdeckungen oder Prismen das Licht. Sie können
dazu beitragen, dass ein von der Lampe
abweichendes Spektrum auf das Auge trifft.
Die spektralen Eigenschaften dieser Elemente bestimmen die Qualität des dynamischen Lichts.
Berücksichtigt werden muss außerdem, wie
alterungsbeständig die Bauteile sind, wenn
sie dauerhaft Licht mit erhöhtem Blauanteil
unter höheren Temperaturen ausgesetzt
sind. LEDs haben häufig Linsensysteme
[33+34] Optimierte Beleuchtungslösung:
Biologisch wirksame Leuchten (33) strahlen
ihr Licht großflächig direkt und indirekt ab,
nutzen Leuchtenelemente oder die Decke und
den oberen Teil der Wände als reflektierend
helle Flächen (34).
aus Kunststoff, deren Transmissionseigenschaften im blauen Spektralbereich über
die gesamte Lebensdauer erhalten bleiben
müssen.
Raumumgebung und Lichtfarbe
Großen Einfluss auf den Raumeindruck
haben neben der Lichtfarbe der Lampen
auch die Farben der Möbelstücke, der
Wände und der Decke. Dunkle Farben reflektieren weniger Licht als helle. Viel Licht
kann „verschluckt“ werden, wenn vor allem
indirekte Leuchtensysteme ihr Licht ausschließlich gegen die Raumbegrenzungsflächen abstrahlen. Holzelemente oder Rotund Brauntöne absorbieren gar die Blauanteile des Spektrums und reduzieren so die
biologische Wirkung des Lichts erheblich.
25
Beleuchtungsqualität und Energieeffizienz
Licht soll dem Menschen dienen – heute und in Zukunft. Um alle Vorteile künstlicher Beleuchtung auch morgen
noch nutzen zu können, sollte das Licht auch ökologischen Ansprüchen genügen. Beleuchtungsqualität und
Energieeffizienz sind kein Widerspruch.
Licht ermöglicht dem Menschen, sich zu
orientieren. Es unterstützt ihn bei der Arbeit,
erzeugt Stimmungen und kann sogar die
Gesundheit positiv beeinflussen. Daher ist
es nicht verwunderlich, dass der Mensch
möglichst in jeder Lebenssituation eine
optimale Beleuchtung vorfinden möchte.
Energiesparende Lichtlösungen gehen
dabei verantwortungsvoll mit den Ressourcen um.
19 Prozent des weltweiten Bedarfs an elektrischer Energie werden laut Internationaler
Energieagentur (IEA) für die Beleuchtung
verwendet. Entsprechend hoch ist der Beitrag, den intelligent eingesetztes Licht für
die Energieeffizienz leisten kann.
Besonders sparsame Lichtlösungen setzen
an verschiedenen Punkten an: Um Bereiche mit unterschiedlichem Lichtbedarf entsprechend zu beleuchten, ist es wichtig,
dass das Lichtkonzept aus mehreren Komponenten besteht. Darüber hinaus sollen
Leuchten und Leuchtmittel einen hohen
Wirkungsgrad haben und das Licht dimmbar sein. Moderne Lampen sind zudem
äußerst langlebig.
Intelligente Lichtsteuerung bietet schließlich
das höchste Einsparpotenzial. Eine tageslichtabhängig gesteuerte Beleuchtung benötigt bis zu 35 Prozent weniger Energie
als herkömmliche, nicht verbrauchsoptimierte Lichtlösungen. Zeit- und Anwesenheitssensoren senken den Verbrauch zusätzlich.
Ergonomische Faktoren
[35] Innenräume mit Tageslichtnutzung sind
ideal. Eine intelligente Steuerung regelt
künstliches Licht bedarfsgerecht hinzu. Das
spart Energie und Kosten.
26
Verschiedene ergonomische Faktoren bestimmen die Qualität der Beleuchtung:
> Sehleistung,
> Erscheinungsbild,
> Sehkomfort,
> Vitalität und
> Individualität.
Energieressourcen schonen
Die Beleuchtungsqualität muss der Energieeffizienz gegenübergestellt werden. Die
Energieeinsparverordnung (EnEV) der Bundesregierung legt Mindestanforderungen für
den effizienten Betriebsenergieverbrauch
von Beleuchtungsanlagen fest. Mit den in
DIN V 15899 definierten Kriterien und Nutzungsrandbedingungen lässt sich der Energieverbrauch von Räumen und Gebäuden
bewerten.
Entspricht ein Beleuchtungskonzept beiden
Qualitätsanforderungen, stehen wirtschaftliche und ökologische Aspekte nicht im
Widerspruch zueinander. Dennoch darf die
Anwendung der EnEV nicht dazu führen,
dass die Beleuchtungsqualität vernachlässigt wird.
Intelligente Lichtsteuerung ist am
effizientesten
In einem Forschungsprojekt untersucht
das Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Holzkirchen bei München, in natürlich und
künstlich beleuchteten Einzelräumen unterschiedliche Gebäudetechniken wie Heizungs-, Kühlungs- oder Lüftungsanlagen,
aber auch Beleuchtungskonzepte unter
realistischen Bedingungen.
Mit Blick auf die Beleuchtung ist die am
weitesten ausgereifte Variante eine arbeitsbereichsbezogene und tageslichtgesteuerte
Indirekt-/Direkt-Beleuchtung, die die Wände
zusätzlich aufhellt. In den Morgenstunden
und am späteren Nachmittag werden die
Stirnwände des Raumes zusätzlich beleuchtet, um mit höheren vertikalen Beleuchtungsstärken das Erscheinungsbild,
die Emotionalität und den Sehkomfort zu
verbessern. Ein an der Rückwand montierter Wallwasher mit einer Farbtemperatur
von 6.500 Kelvin soll die Nachmittagsmüdigkeit deutlich verringern.
35
Die Messergebnisse zeigen, dass die beschriebene Lichtinstallation als „sehr gut“
einzustufen ist. Auch wenn die Anschlussleistung hoch ist, liegt der Energieverbrauch
im Rahmen einer Standardbeleuchtung, allerdings bei sehr guter ergonomischer Qualität. Die beste Balance zwischen Beleuchtungsqualität und Energieeffizienz zeigen
Installationen mit hohem Automatisierungsgrad. Tageslichtsteuerung und bewusstes
Zu- und Abschalten von Beleuchtungskomponenten senken den Energieverbrauch
deutlich.
Akzentbeleuchtung ist attraktiv und
motiviert
Die Studie „Licht und Mensch“ des Deutschen Instituts für Angewandte Lichttechnik DIAL, Lüdenscheid, hat analysiert, wie
Nutzer unterschiedlich im Raum verteiltes
Licht beurteilen. Hier zeigte sich ebenfalls,
dass der Raum als heller empfunden wird,
wenn auch die Wände gut ausgeleuchtet
werden. Außerdem steigt die Attraktivität
des Raumes durch zusätzliche Akzentbeleuchtung. Die Testpersonen bewerteten
die Beleuchtungssituation dann als „einladend, lebendig, freundlich oder interessant“. Rein direktes und rein indirektes
Licht bewerteten sie negativ. Akzentuierte
Wandflächen erhöhten hingegen das persönliche Wohlbefinden.
In einer der umfassendsten Studien ihrer
Art kamen Forscher des Light Right Consortiums, New York, überdies zu dem Ergebnis, dass gutes Licht die Produktivität
verbessert. Neun bis 31 Prozent der Personen, deren Arbeitsplatz nur mit direkt
strahlenden Systemen beleuchtet war, beurteilten diese als unangenehm. Dagegen
empfanden 91 Prozent der Personen ein
System aus Direkt- und Indirektbeleuch-
tung sowie Wallwashern als angenehm.
War die Arbeitsplatzbeleuchtung zusätzlich
individuell dimmbar, zeigten sich die Mitarbeiter motivierter, ausdauernder und wacher. Außerdem arbeiteten sie genauer.
Angesichts dieser Ergebnisse lassen sich
Beleuchtungsqualität und Energieeffizienz
nicht gegeneinander ausspielen. Intelligent
gesteuertes dynamisches Licht wirkt sich
positiv auf den Menschen aus. Der etwas
höhere Energieverbrauch, den ein solches
Beleuchtungskonzept gegenüber einer
Standardlösung mit sich bringt, macht sich
durch ein Mehr an Motivation, Leistung und
Gesundheit bezahlt.
27
36
37
28
38
Praxisbeispiel:
Dynamisches Licht im Büro
Lux, Lust und Leistung haben bei der Arbeit mehr miteinander zu tun, als es auf den ersten Blick scheint. Denn
richtige Bürobeleuchtung macht Mitarbeiter nicht nur wacher – sie motiviert auch und steigert die Effizienz.
Das ist das Ergebnis einer aktuellen Studie,
die sich damit beschäftigt, wie sich dynamische Beleuchtung am Büroarbeitsplatz auf
Mitarbeiter auswirkt. Dazu arbeiteten 19
Angestellte über je vier Wochen in einem
Großraumbüro bei unterschiedlichen Lichtstimmungen. Die subjektiven und messbaren Effekte verglichen die Forscher mit den
Ergebnissen einer Kontrollbeleuchtung.
sie 500 Lux und 3.000 Kelvin bereit. Rechtzeitig zum menschlichen Leistungstief am
frühen Nachmittag aber steigt die Beleuchtungsstärke auf bis zu 1.000 Lux. Auch die
Farbtemperatur erhöht sich zwischen 13.15
Uhr und 14.45 Uhr – auf etwa 8.000 Kelvin.
Gleichzeitig reduziert sich der warmweiße
Lichtanteil.
Richtiges Licht: Die Mischung macht’s
Unterschiedliche Lichtstimmungen
Für die Deckenbeleuchtung wurden Elemente aus jeweils drei Einzelleuchten gewählt, die ihr Licht sowohl direkt als auch
indirekt abstrahlen können. Lichtstimmung
1 entspricht mit normgerechten 500 Lux
Beleuchtungsstärke und 4.000 Kelvin Farbtemperatur der Kontrollbeleuchtung. Einziger Unterschied: Die Lichtrichtung verändert sich über den Tag dynamisch. Wie die
Sonne strahlt das Licht morgens direkt,
wird gegen Mittag diffuser und nachmittags
wieder zunehmend direkter.
In Lichtstimmung 2 sind die direkt strahlenden Leuchten mit 3.000 Kelvin warmweißer
Lichtfarbe ausgerüstet, die indirekt strahlenden hingegen mit kaltweißen 8.000 Kelvin. Über den größten Teil des Tages stellen
[36] Farbtemperatur und Beleuchtungsstärke sind dynamisch: Auch im Büro unterstützt biologisch wirksames Licht den Menschen. Es aktiviert, motiviert und erzeugt
Stimmungen.
[37] Am frühen Nachmittag mobilisiert kaltweißes Licht Reserven: Es aktiviert, fördert
die Konzentration und hilft so, die müde
Phase nach dem Mittagessen zu überbrücken.
[38] Am späten Nachmittag sorgen warme
Farbtemperaturen für sanftes Hinübergleiten
in den Feierabend.
Während des Feldversuchs arbeiteten die
Probanden normal. Morgens füllten sie
Schlafprotokolle aus, die Aufschluss darüber geben sollten, wie ausgeruht sie zur Arbeit erschienen waren. Durch Reaktionstests ermittelten die Wissenschaftler den
Wachheitsgrad zu bestimmten Tageszeiten.
In Fragebögen äußerten sich die Teilnehmer darüber hinaus subjektiv zu Wohlbefinden, Helligkeit, Lichtrichtung und Lichtfarbe.
Die Ergebnisse zeigen, dass Mitarbeiter
durch ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen tageslichtweißem Indirektanteil und
warmweißem Direktanteil wacher und
leistungsfähiger werden. Punktuell höhere
Beleuchtungsstärken und Lichtfarben wirken sich positiv auf die Reaktionszeit aus –
und das nicht nur mittags, sondern nachhaltig über den ganzen Tag. Insgesamt
fühlten sich die Probanden wacher und
wohler.
bäude mit volldynamischer Beleuchtung
ausgestattet. Anregende Morgenstimmung, nachmittägliche Konzentrationsphasen oder sanftes Hinübergleiten in den
Feierabend: Elektronisch steuert die Beleuchtungsanlage über den Tag voreingestellte Lichtstimmungen, die den circadianen Rhythmus des Menschen sinnvoll
unterstützen. Dazu sind die großflächigen
Leuchten mit tageslichtweißen und warmweißen Leuchtstofflampen ausgerüstet.
Sie erzeugen stufenlos jede gewünschte
Lichtfarbe zwischen 3.000 Kelvin und
5.500 Kelvin in verschiedenen Beleuchtungsstärken.
Zudem lassen sich einzelne Arbeitsplätze
je nach individueller Verfassung beleuchten,
in Konferenzräumen darüber hinaus die
passenden Lichtstimmungen für Sitzungen
oder Präsentationen einstellen.
Eine solche Komplettlösung benötigt etwa
25 Prozent mehr Energie als ungeregelte
nicht farbveränderliche Beleuchtungsanlagen mit elektronischen Vorschaltgeräten.
Die Anschaffungskosten liegen etwa
20 Prozent höher. Im gleichen Maße allerdings stieg in Hamburg die Produktivität der
Mitarbeiter: Sie sind konzentrierter und
fühlen sich durch die Beleuchtung motiviert.
Eine dritte Lichtstimmung hat gezeigt, dass
die Teilnehmer morgens und abends warme
Lichtfarben als deutlich angenehmer empfinden.
Produktiver durch gutes Licht
Ein Beleuchtungsprojekt in Hamburg greift
diese Erkenntnisse auf. Erstmals hat ein
Unternehmen hier ein komplettes Büroge-
29
Praxisbeispiel:
Dynamisches Licht am Industriearbeitsplatz
An der Maschine oder bei der Montage: Ins rechte Licht gerückt, sind Industriearbeiter wacher und konzentrierter.
Das senkt die Fehlerquote, erhöht die Sicherheit und steigert die Produktivität.
Eine Studie aus Finnland zeigt: Wenn Mitarbeiter aus der manuellen Fertigung die
Wahl hätten, würden sie deutlich höhere
Beleuchtungsstärken wählen als gesetzlich
vorgeschrieben. Das ist das Ergebnis eines
Feldversuchs in einer Produktionshalle. Bis
dahin hatten Mitarbeiter elektrische Komponenten bei einer statischen Beleuchtungsstärke von 500 Lux zusammengesetzt.
Das entspricht dem Wert für mittelschwere
Montagearbeiten in DIN EN 12464-1
„Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von
Arbeitsstätten in Innenräumen“.
Mehr als nur Sehen
Für die Untersuchung haben die Wissenschaftler eine Beleuchtungsanlage installiert,
die für jeden Arbeitsplatz individuell und
stufenlos bis 3.000 Lux regelbar ist. Fazit:
Über einen Zeitraum von 15 Monaten
haben 48 von 49 Monteuren dauerhaft teils
deutlich höhere Beleuchtungsstärken gewählt – obwohl bereits 500 Lux die Sehaufgabe gut unterstützen.
Der Grund, warum Mitarbeiter dennoch helleres Licht wählen, muss daher auch auf
nicht-visuelle Effekte zurückgeführt werden:
Denn die gewählten Beleuchtungsstärken
waren biologisch wirksam. Dadurch erleichterten sie nicht nur die Sehaufgabe, sie
steigerten auch Konzentration, Leistung
und Wohlbefinden.
Eine weitere Studie unterstützt diese Ergebnisse. Dabei haben die Forscher Arbeitsplätze in einer anderen Montagehalle abwechselnd unterschiedlich beleuchtet. Die
Versuchsbeleuchtung bestand aus durchgängigen Lichtbändern – wahlweise auf
800 oder 1.200 Lux Beleuchtungsstärke
einstellbar. Über einen Zeitraum von 14
Monaten wechselte die Beleuchtungsstärke
unregelmäßig von Schicht zu Schicht.
30
Die Auswertung ergab, dass das gleiche
Produkt bei mehr Licht durchschnittlich um
7,7 Prozent schneller gefertigt wird.
Kosteneffizient zu mehr Sicherheit
Auch am Industriearbeitsplatz unterstützt
dynamische Beleuchtung den circadianen
Rhythmus des Menschen. Es aktiviert morgens und am Mittag, kann Aufmerksamkeit
und Produktivität dauerhaft steigern.
In Industriehallen mit Fensterfronten oder
Oberlichtern kann künstliches Licht dem
Tageslicht flexibel hinzugeregelt werden.
Das spart Energie und Kosten. Eine solche
Lösung erfordert elektronisch steuerbare
Leuchtensysteme, die warmweißes Licht
mit tageslichtweißem kombinieren. Sie
empfehlen sich für büroähnliche Fertigungsbereiche oder kleinere Hallen mit hoher
Personaldichte.
Alternativ können bestehende Beleuchtungsanlagen mit Lampen kühlerer Farbtemperaturen ab 6.500 Kelvin nachgerüstet
werden. Bei einem Lampenwechsel ist darauf zu achten, dass der vorgeschriebene
Wartungswert der Beleuchtungsstärke
eingehalten wird. Der finanzielle Aufwand ist
entsprechend geringer, trotzdem ist das
Licht biologisch wirksam. Es erhöht Produktivität und Motivation, vor allem aber
steigert es die Konzentration und damit die
Sicherheit am Industriearbeitsplatz. So
hilft es auch, folgenschwere Unfälle zu vermeiden.
[39] Tageslicht sorgt in der industriellen
Produktion für sicheres und produktiveres
Arbeiten. Es kann effektiv durch biologisch
wirksame Beleuchtung ergänzt oder ersetzt
werden.
39
31
40
Praxisbeispiel:
Dynamisches Licht in der Schule
Licht erzeugt Stimmungen, es beruhigt oder regt an. Lichtindustrie und Forschung haben Beleuchtungsanlagen
mit diesen Eigenschaften jetzt versuchsweise in Schulen installiert, um zu untersuchen, wie sich dynamisches Licht
auf das Lernverhalten auswirkt. Die Ergebnisse sind erstaunlich.
Für die Studie wurden Klassenräume in drei
Hamburger Schulen mit dynamischem Licht
ausgestattet. Die Arbeitsgemeinschaft Epidemiologie und Evaluation der Poliklinik für
Kinder- und Jugendpsychosomatik am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
führte die Studie von Oktober 2007 bis zu
Beginn der Sommerferien 2008 durch.
Licht für aufgeweckte Köpfe
Untersucht wurde wöchentlich, wie sich
voreingestellte Beleuchtungsprogramme
auf Konzentration und Lernergebnis aus-
32
wirken. Die Daten der Gruppe, die unter
dynamischem Licht lernte (Interventionsgruppe), verglichen die Forscher mit den
Ergebnissen einer Kontrollgruppe, die dieselben Aufgaben wie Konzentrations- und
Textverständnistests unter Standardbeleuchtung ausführte.
Drei Lichtprogramme haben sich als sehr
wirksam erwiesen: Lichtprogramm 1 soll die
Schüler morgens zu Beginn der ersten
Stunde „aktivieren“. Eine dem blauen Himmel vergleichbare Farbtemperatur von
12.000 Kelvin und 650 Lux Beleuchtungs-
stärke sind wirkungsvoll. Lichtprogramm 2
unterstützt mit circa 1.000 Lux und 6.000
Kelvin „konzentriertes Arbeiten“, zum Beispiel bei wichtigen Rechen- und Schreibaufgaben oder während Klassenarbeiten.
Aufgabe des dritten Lichtprogramms ist es,
die Schüler mit 300 Lux und 2.700 Kelvin
während Gruppendiskussionen, hektischer
Schulstunden oder nach Klassenarbeiten
zu „beruhigen“.
Die Messergebnisse wurden ergänzt durch
Befragungen, in denen Schüler und Lehrer
angaben, wie zufrieden sie waren. Außer-
41
dem haben psychologische Gutachter prosoziales Verhalten und Aggressionsverhalten erfasst und ausgewertet.
Konzentrierter und ruhiger
Unter dem Einfluss des konzentrationsfördernden Lichts (Lichtprogramm 2) zeigten
sich die Schüler der Interventionsgruppe
deutlich leistungsstärker als die der Kontrollgruppe. Sie konnten ihre Fehlerquote
jeweils von einem ersten Test zu einem
zweiten um 45 Prozent senken. Die Kontrollgruppe hingegen, die beide Tests unter
Normalbeleuchtung absolvierte, verbesserte sich um nur 17 Prozent. Auch Leseverständnis und Lesegeschwindigkeit stiegen um bis zu 30 Prozent.
Die Beleuchtungssituation „beruhigend“
verfehlte ihre Wirkung ebenfalls nicht. Um
die Bewegungsunruhe zu messen, entwickelten die Forscher ein Videoverfahren,
dass diese optisch analysiert. Die motorische Unruhe konnte in der Interventions-
42
gruppe bereits nach etwa acht Minuten um
75 Prozent gesenkt werden. Die Kontrollgruppe hingegen beruhigte sich im gleichen
Zeitraum um nur etwa zehn Prozent. Die Ergebnisse der Leistungstests waren dabei
vergleichbar: Alle Schüler waren trotz beruhigender Lichtwirkung unvermindert leistungsfähig.
Zudem haben die Gutachter beobachtet,
dass Schüler aus der Interventionsgruppe
friedfertiger und umgänglicher sind. Die
Schüler bestätigten diesen Eindruck. In den
Fragebögen schätzten sie sich selbst als
weniger aggressiv ein.
Dynamisches Licht fördert Leistung
Die Hamburger Studie zeigt, dass sich biologisch wirksames Licht positiv auf das
Lernverhalten von Schülern auswirkt. Lehrer
können die Beleuchtung an die Lernsituation anpassen und ihre Schüler so aktivieren
oder zur Konzentration anhalten. Licht kann
die Schüler aber auch beruhigen. Insge-
samt entspannt dynamisches Licht Stresssituationen für Lehrer und Schüler – mit dem
Ergebnis, dass beide Seiten bessere Leistungen erbringen können.
Sicherlich sind weitere Untersuchungen
erforderlich, um die vorliegenden Ergebnisse zu untermauern. Dennoch bewerten
die Schüler, die an dieser Studie teilgenommen haben, die an ihrer Schule installierten Lichtprogramme mit gut bis sehr gut.
70 Prozent würden Lehrern, Eltern und anderen Schülern ein dynamisches Beleuchtungskonzept weiterempfehlen.
[40] Tageslicht unterstützt das Lernen.
Muss es vorübergehend ausgeschlossen
werden, sorgt biologisch wirksames Licht
dafür, dass Schüler wach und aufmerksam
bleiben.
[41+42] Vor der ersten Stunde, nach dem
Sportunterricht oder während Klassenarbeiten: An die Situation anpassbare Lichtstimmungen können Schüler aktivieren, beruhigen oder ihre Konzentration fördern.
33
Praxisbeispiel:
Dynamisches Licht im Seniorenheim
Für die einen ist es ihr Arbeitsplatz, für die anderen das Zuhause. Die Beleuchtung in Altenpflegeheimen muss
vielfältigste Anforderungen erfüllen. Sie muss Ambiente schaffen, den circadianen Rhythmus der Bewohner
unterstützen und die Sehaufgaben des Pflegepersonals erleichtern.
Altersbedingte Krankheitsbilder stellen
hohe Anforderungen an die Beleuchtung in
Pflegeheimen. Bei vielen Bewohnern hat
die Sehkraft nachgelassen. Die Lebensqualität des Menschen hängt aber entscheidend davon ab, wie gut er sehen
kann. Allein, weil sich ihre Linse eintrübt,
benötigen ältere Menschen beispielsweise
zum Lesen und Basteln Beleuchtungsstärken von 1.500 Lux. Zum Vergleich:
Normen für Büros sehen 500 Lux vor.
Hinzu kommt: 60 bis 80 Prozent der Seniorenheimbewohner leiden an unterschiedlichen Formen der Demenz. Die Betroffenen
sind oft ruhelos, wandern unentwegt die
Flure auf und ab. Ihre Bewegungsabläufe
werden unsicherer und die Sturzgefahr
größer. Bei Demenzkranken treten zudem
Trugbilder auf, so dass sie Situationen
falsch einschätzen. Schatten auf dem
Boden nehmen sie leicht als Hindernisse
wahr, die sie verunsichern. Oftmals zeigen
sie sich auch orientierungslos oder haben
einen unregelmäßigen Schlaf-/WachRhythmus.
Tagsüber unbeschäftigt
Diese Probleme sind häufig die Folge mangelnder Beschäftigung. Kombiniert mit
unzureichender Beleuchtung kommt es
tagsüber zu Nickerchen und Dämmerzuständen. Deshalb werden viele Bewohner
morgens nur schwer wach, kommen
abends und nachts dagegen nicht zur
Ruhe. Diese Situation ist auch für Pflegekräfte belastend und erfordert einen erhöhten Personaleinsatz.
Neben ausreichend hellem Licht kann biologisch wirksames Licht in Altenpflegeheimen Wohlbefinden und Aktivität der Bewohner positiv beeinflussen. In einem Projekt in Österreich untersuchten Industrie
34
und Forschung 15 Monate lang, wie sich
unterschiedliche Beleuchtungsszenarien
auswirken. Zu diesem Zweck statteten sie
das Altenpflegeheim für Demenzkranke
St. Katharina in Wien mit drei verschiedenen Beleuchtungsszenen aus:
> Lichtsituation 1 erhöht die Beleuchtungsstärke von 300 Lux (Standardsituation) auf 2.000 Lux.
> Lichtsituation 2 sorgt für eine Erhöhung
der Lichtfarbe von 3.000 Kelvin (Standardsituation) auf 6.500 Kelvin im Flur und auf
8.000 Kelvin im Wohn-/Essbereich.
> Lichtsituation 3 verändert Beleuchtungsstärke und Lichtfarbe dem Tagesverlauf
entsprechend dynamisch.
Installiert wurden zehn Lichtdeckenmodule
mit je zwölf Lampen. Da herkömmliche
Lichtquellen nur biologisch wirken, wenn
die Beleuchtungsstärke drastisch erhöht
wird, verwendeten die Lichtplaner spezielle Leuchtstofflampen unterschiedlicher
Farbtemperatur: je viermal 3.000 Kelvin,
6.500 Kelvin und 8.000 Kelvin. Die Lampen
mit der höheren Farbtemperatur verbrauchen die gleiche Energie wie konventionelle Leuchtstofflampen, sind aber bis zu
2,5 Mal biologisch wirksamer.
Aktiver und kommunikativer
Die Forscher verglichen die Effekte einer
Standardbeleuchtung mit denen der drei
neuen Lichtsituationen – jeweils über den
ganzen Tag. Dabei interessierte vor allem
das Kommunikationsverhalten untereinander und mit dem Pflegepersonal.
Die Ergebnisse überzeugen: Bei allen drei
Lichtsituationen kommunizieren die Bewohner intensiver und beteiligen sich häufiger an hauswirtschaftlichen Aktivitäten. Sie
backen Kuchen und bereiten das Essen
mit vor. Auch sozial sind sie aktiver. Vor
allem unter hohen Beleuchtungsstärken
basteln und singen sie vermehrt. So weist
allein das Sozialverhalten darauf hin, dass
sich die Lebensqualität der Bewohner verbessert hat. Auch auf den hell ausgeleuchteten Fluren halten sich die älteren Menschen nun gerne auf. Sie werden
offensichtlich als sicherer empfunden.
43
Weil die Bewohner tagsüber aktiver sind,
können sie nachts auch besser schlafen.
Das biologisch wirksame Licht unterstützt
den circadianen Rhythmus und kann dazu
führen, dass weniger Schlafmittel benötigt
werden. So entlastet es das Pflegepersonal
und spart Geld, das gegen die erhöhten
Anschaffungskosten einer neuen Beleuchtungsanlage verrechnet werden kann. Gerechnet auf zehn Jahre müssen zusätzlich
1,45 Euro pro Bewohner und Tag investiert
werden.
Die Ergebnisse dieses Projektes sind vielversprechend. Weitere Studien sind geplant, um genauer zu untersuchen, wie
sich dynamisches Licht auf das Schlafverhalten auswirkt.
[43– 45] Mehr Lebensqualität im Seniorenheim: Dynamisches Licht aktiviert am Morgen, ermöglicht besseres Sehen während
des Tages und entspannt zum Abend. So
stabilisiert es den circadianen Rhythmus der
Bewohner und sorgt nachts für guten Schlaf.
44
45
35
46
36
Praxisbeispiel:
Dynamisches Licht für zu Hause
Farben beeinflussen den Betrachter in unterschiedlicher Weise: Psychologisch beruhigt blaue Farbe den Menschen.
Das blaue Spektrum von Lampen hingegen wirkt biologisch aktivierend. In Wohnungen wird biologisch wirksames
Licht derzeit vor allem bei der heimischen Lichttherapie und zum Aufwachen eingesetzt.
Niemand kann sich der emotionalen Wirkung entziehen, die farbiges Licht ausübt.
LEDs und moderne LeuchtstofflampenSysteme ermöglichen dynamische Lichtszenarien mit farbigem Licht auch für zu
Hause. Unterschiedliche Farben rücken
jedes Zimmer ins rechte Licht und verwandeln es in einen Erlebnisraum, der je nach
Stimmung zum Entspannen einlädt oder
dazu, gemeinsam mit Freunden zu feiern.
Das Spektrum bestimmt die Farbe
Der Mensch kann nur Farben sehen, die im
Farbspektrum einer Lichtquelle enthalten
sind und vom beleuchteten Objekt reflektiert werden. Jeder kennt das: Im Kaufhaus
ist der vermeintlich schwarze Pullover noch
das Objekt der Begierde. Bei Tageslicht
stellt er sich aber eindeutig als Dunkelblau
heraus. Das Sonnenlicht enthält alle für
den Menschen sichtbaren Farben, nicht
aber jedes Leuchtmittel. Halogenlampen
strahlen das volle Farbspektrum ab und
geben deshalb alle Farben wieder. Leuchtstofflampen hingegen enthalten nicht
immer das komplette Spektrum.
Welche biologischen Mechanismen hinter
der Wirkung von farbigem Licht auf den
Menschen stecken, ist wissenschaftlich nur
für das blaue Spektrum bewiesen. Aus
psychologischer Sicht ist nicht geklärt, wie
ein Lichtreiz Emotionen hervorruft.
[46] Lichtwecker für messbar sanftes Aufwachen: 30 Minuten vor der Weckzeit erhöht
er nach und nach die Beleuchtungsstärke,
simuliert so einen Sonnenaufgang.
Großflächig verteiltes Licht
wirkt biologisch
Einige Wissenschaftler vermuten, dass der
neu entdeckte dritte Rezeptor mitverantwortlich sein könnte für das emotionale
Empfinden einer Farbe. Ein interessantes
Phänomen spricht allerdings dagegen: Denn
während die Psychologie Blau als beruhigend einstuft, wirkt blaues Licht biologisch
aktivierend. Lichtplaner können diesen Widerspruch faktisch aber aufheben. Denn die
Forscher vermuten, dass die psychologische Wirkung von einzelnen Objekten und
daher von Akzentbeleuchtung ausgeht,
während großflächige Allgemeinbeleuchtung
biologisch wirkt. Nur ihr Licht erreicht große
Bereiche der Netzhaut im Auge des Betrachters und damit den dritten Rezeptor.
Allgemeinbeleuchtung sollte vor allem das
Sehen unterstützen, farbiges Licht hingegen nur gezielt akzentuieren. Komplette
Beleuchtungslösungen für biologisch wirksames Licht zu Hause werden derzeit noch
nicht realisiert. Trotzdem muss auch daheim niemand auf dieses Licht verzichten.
Seit langem gibt es Geräte für die ambulante Lichttherapie. Etwas jünger ist die
Erfindung des Lichtweckers.
Lichttherapie
Viele Menschen leiden in der dunklen Jahreszeit unter Lichtmangel-Symptomen. Sie
sind müde und antriebslos, haben Stimmungsschwankungen, die sich zu einer
saisonal abhängigen Depression (SAD) entwickeln können. SAD kann mit kleineren
Lichttherapiegeräten auch zu Hause gut
behandelt werden. Das Lichtspektrum ist
abgestimmt auf die Empfindlichkeit des
dritten Fotorezeptors. Besonders intensiv
strahlt es im kurzwelligen blauen Bereich
und wirkt so biologisch. Die Farbtemperatur von etwa 6.500 Kelvin entspricht dem
Tageslicht.
Lichtwecker für natürliches Aufwachen
Auch der Lichtwecker sorgt zu Hause für
biologisch wirksames Licht. 30 Minuten vor
der eingestellten Weckzeit erhöht er nach
und nach die Beleuchtungsstärke im Raum
und simuliert mit zunehmender Beleuchtungsstärke einen Sonnenaufgang. Der
Mensch erwacht so auf natürliche Weise,
fühlt sich frisch und ausgeschlafen.
Der Lichtwecker bietet bis zu 300 Lux starkes dimmbares Licht. Klinische Studien beweisen, dass diese Beleuchtungsstärke erforderlich ist, um das Aufstehen messbar zu
verbessern. Bei SAD-Patienten hat sich die
morgendliche Stimmung vergleichbar zum
Effekt einer medikamentösen Behandlung
verbessert. Auch der Cortisol-Spiegel ist
deutlich höher als ohne Lichtwecker. Anwender sind wacher und starten energiegeladen in den neuen Tag. Zudem stehen sie
durchschnittlich schon nach neun Minuten
auf. Ohne das Licht des Weckers dauert
das bis zu 25 Minuten.
Die Beleuchtungsstärke ist individuell einstellbar. Dadurch ist der Lichtwecker auch
als Nachttischleuchte nutzbar, zum Beispiel
für die abendliche Bettlektüre. Darüber hinaus kann sie an den persönlichen Aufwachrhythmus angepasst werden. Wer zu
früh aufwacht, sollte schwächeres Licht
wählen, wer grundsätzlich zu spät aufwacht, helleres. Ein wählbarer Weckton wie
etwa Vogelgezwitscher unterstützt das
sanfte Aufwachen.
37
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Wellenlänge (nm)
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Lampenspektren
Mit dem Wissen um seine biologische Wirkung gewinnt das Spektrum des Lichts immer mehr an Bedeutung.
Lichtplaner setzen es gezielt ein, um den natürlichen Rhythmus des Menschen zu unterstützen. Eine Metrik macht
die circadiane Wirkung von Lichtquellen vergleichbar.
Licht löst im menschlichen Körper unterschiedliche Reaktionen aus. Die spektrale
Bandbreite, die einer bestimmten Wirkung
zugeschrieben werden kann, heißt Aktionsspektrum. 2002 entdeckten Forscher einen
dritten Rezeptor im Auge, der auf das
blaue Spektrum reagiert. Sein maximales
Aktionsspektrum liegt bei etwa 460 Nanometer. Seither kommt künstlichem Licht
eine neue Bedeutung zu: Unabhängig von
hohen Beleuchtungsstärken können neu
entwickelte Lampen mit spezifischen Lichtspektren die biologische Wirkung des
Lichts nun gezielt beeinflussen.
38
Metrik für Lichtplaner
Abgeleitet vom Aktionsspektrum beschreibt die circadiane Wirkungsfunktion
c(␭) (siehe Grafik 19, S. 19) die Lichtempfindlichkeit des dritten Rezeptors, abhängig
von der Wellenlänge. Zusammen mit der
v(␭)-Kurve, die der Hellempfindlichkeit des
menschlichen Auges entspricht, ist sie
Basis für die in der DIN V 5031-100 eingeführten Metrik zur vergleichenden Bewertung von Lampenspektren.
Die Messgröße heißt circadianer Wirkungsfaktor aCV und beschreibt, wie viel Energie
einer Lampe für das visuelle und wie viel
Energie für das biologische System bereit-
stehen. Lichtplaner ziehen sie heran, um
unterschiedliche Lampentypen intelligent
zu kombinieren und so zu steuern, dass sie
ein biologisch wirksames Beleuchtungskonzept ergeben, das sich an der Wirkung
des natürlichen Tageslichts orientiert.
Leuchtstofflampen mit einer Farbtemperatur von 8.000 Kelvin haben einen erhöhten
Blauanteil und sind biologisch so wirksam
wie Tageslicht (aCV = 1). In sogenannten
Lichtdecken werden sie zum Beispiel mit
den bisher von Leuchtstofflampen bekannten Farbtemperaturen von 3.000 (aCV =
0,3) und 6.500 Kelvin (aCV = 0,9) kombiniert. So lässt sich die Farbtemperatur von
Warmweiß über Neutralweiß bis hin zu Ta-
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Wellenlänge (nm)
56
geslichtweiß variieren und damit auch die
biologische Wirkung des künstlichen Lichts.
Bei vergleichbarer Beleuchtungsstärke sind
tageslichtweiße Leuchtstofflampen genauso energieeffizient wie normalerweise
verwendete Leuchtstofflampen, biologisch
aber mindestens doppelt so wirksam. Sie
steigern die Konzentration, wirken anregend und können die innere Uhr des Menschen stabilisieren. In den Abendstunden
hingegen sorgen warme Lichtfarben dafür,
dass der Mensch entspannt. Sie stellen
den Körper langsam auf die Nacht ein und
gewährleisten, dass die Produktion von
Melatonin nicht unterdrückt wird, und der
Mensch deshalb besser schlafen kann.
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Wellenlänge (nm)
58
[47] Spektrum einer Halogenlampe: kontinuierliches Spektrum mit hohem Rotanteil
(aCV = 0,38)
[54] PLACAR-Lampe mit 2.000 Kelvin
Farbtemperatur und minimaler biologischer
Wirkung (aCV = 0,14)
[48] Lichtfarbe 825 von Leuchtstofflampen:
ähnelt im Erscheinungsbild dem Warmton
einer gedimmten Glühlampe und hat eine
sehr geringe biologische Wirkung (aCV = 0,23)
[55] PLACAR-Lampe mit 10.000 Kelvin
Farbtemperatur und hoher biologischer Wirkung (aCV = 1,09)
[49] Lichtfarbe 827: glühlampenähnliches
Licht von Leuchtstofflampen mit geringer biologischer Wirkung (aCV = 0,27)
[56] Lichtfarbe 965 für Lichttherapie:
Tageslichtweiß von speziellen Leuchtstofflampen mit erhöhtem Blauanteil (aCV = 0,86)
[50] Lichtfarbe 840 von Leuchtstofflampen:
neutralweißes Licht (aCV = 0,52)
[57] Lichtfarbe 965: tageslichtweißes Licht
von Leuchtstofflampen mit verbesserter
Farbwiedergabe (aCV = 0,90)
[51] Lichtfarbe 965 optimiert für höchste
Farbwiedergabe: tageslichtweißes Licht von
Leuchtstofflampen (aCV = 0,93))
[58] Tageslicht: kontinuierliches Spektrum
mit hohen Blauanteilen und hoher biologischer Wirkung (aCV = 0,94)
[52] Lichtfarbe 880: Tageslichtweiß von
Leuchtstofflampen mit erhöhtem Blauanteil
(aCV = 0,98)
[53] Leuchtstofflampe mit 17.000 Kelvin
Farbtemperatur: höherer Blauanteil als Tageslicht, entsprechend erhöhte biologische
Wirkung (aCV = 1,23)
39
59
Ausblick: Forschung wird intensiviert
Wissenschaft und Industrie sind dabei, die biologische Bedeutung des Lichts für den Menschen weiter zu
erforschen. Grundlegende Erkenntnisse verfestigen sich aber schon jetzt und finden zunehmend Eingang in
Beleuchtungskonzepte.
Die beobachteten Effekte von Licht auf Körper, Psyche und Gemütszustand sind vielversprechend. Sie beflügeln Mediziner und
Psychologen, Chronobiologen, Schlaf- und
Lichtforscher gleichermaßen. Elektrisiert
von den Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, den Organismus gezielt über das
Auge anzusprechen, stellen sie Weichen:
Aus biologischer Sicht ist nun nicht mehr
egal, welches Licht Menschen künftig in Innenräumen angeboten wird.
Faktoren zweckgebunden optimieren
Die wichtigsten Einflussgrößen circadian
wirksamer Beleuchtung sind heute bekannt, sie zweckgebunden zu optimieren –
40
einzeln und in Kombination miteinander –
ist der nächste Schritt. Dazu betrachten
Wissenschaftler die Faktoren differenziert,
wollen zum Beispiel klären, wie großflächig
Leuchten und angestrahlte Raumbegrenzungsflächen idealerweise sein müssen.
Das Interesse gilt aber auch dem richtigen
Mix für einen gewünschten Effekt: Welches Spektrum kann den circadianen
Rhythmus von Schichtarbeitern stabilisieren? Welche Beleuchtungsstärken sind
dafür notwendig, und wie lange müssen sie
wann bereitgestellt werden, lauten mögliche Fragestellungen. Ziel ist es, gewonnene Erkenntnisse schnell für die Lichtplanung nutzbar zu machen.
Erste Erfolge
Pilotprojekte in Schule, Industrie und Büro
belegen schon jetzt, wie das richtige Licht
zum richtigen Zeitpunkt Konzentration und
Leistung steigern kann. Ebenso setzen Altenheime biologisch wirksame Beleuchtung
erfolgreich ein: Altersgerechte Beleuchtung,
bei der das Licht je nach Tageszeit variiert,
kann den Schlaf-/Wachrhythmus der Senioren nachweislich stabilisieren. Eine erste
Studie zeigt, dass der Einsatz von Schlafund Beruhigungsmitteln dadurch deutlich
reduziert werden kann.
weiterer Depressionen zielgerecht beeinflussen: So wirkt zum Beispiel Licht am
Morgen effektiv gegen SAD.
Inzwischen gibt es Therapiegeräte auch
für zu Hause. Nach Bedienungsanleitung
und Rücksprache mit dem Arzt werden
sie künftig vermutlich dazu beitragen, vor
allem SAD vermehrt vorzubeugen. Wissenschaftler erforschen intensiv, welche
Krankheitsbilder erfolgreich mit Licht behandelt werden können – ohne Medikamente und ernste Nebenwirkungen.
Potenzial noch nicht erschöpft
Auch die moderne Lichttherapie ist ein Kind
intensiver Forschung. In der Vergangenheit
hat weißes Licht hoher Beleuchtungsstärke
den Behandlungserfolg gesichert – vor allem
im Kampf gegen die Saisonal abhängige Depression (SAD). Heute stimulieren die Geräte
die Rezeptoren gezielter und noch effizienter.
Dazu gehört das Wissen um den optimalen
Behandlungszeitpunkt. Über ihn lassen
sich circadiane Rhythmen und Symptome
Doch das Potenzial circadian wirksamer Beleuchtung ist damit nicht erschöpft. Je belastbarer die Forschungsergebnisse werden,
desto lauter wird der Ruf nach dynamischer
Beleuchtung, die künstliches Licht mit Tageslicht kombiniert und seine biologische
Wirkung in alle Innenräume holt.
Wo immer sich Menschen über längere Zeit
in geschlossenen Räumen aufhalten, wer-
den sie in dem, was sie tun, künftig durch
biologisch wirksames Licht unterstützt.
Licht wird sanftes Aufwachen begleiten,
könnte morgens in der U-Bahn vitalisieren
und so dafür sorgen, dass der Arbeitstag
schwungvoll beginnt. Schon jetzt überbrückt dynamische Beleuchtung Leistungstiefs und ermöglicht sanftes Hinübergleiten
in den Feierabend.
In naher Zukunft werden neue Erkenntnisse
dazu führen, dass biologisch wirksames
Licht praktisch allgegenwärtig ist. Auch
Energieeffizienz bekommt dann eine neue
Definition: Sie wird daran gemessen werden, wie sie Ressourceneinsatz, ergonomisches Licht und biologische Wirkung ins
Gleichgewicht bringt.
[59] Über den Dächern von Wien: Auch die
Forschung beweist Weitsicht. Wo immer sich
Menschen in geschlossenen Räumen aufhalten, sollen sie in dem, was sie tun, künftig
durch Licht unterstützt werden.
41
Glossar
Aktionsspektrum – Spektrale Empfindlichkeit für eine durch Licht ausgelöste Wirkung. Das Maximum des Aktionsspektrums des dritten Rezeptors (siehe Dritter
Rezeptor) liegt bei etwa 460 Nanometer,
also im blauen Bereich des für den Menschen sichtbaren Spektrums.
Cortisol (Hydrocortison) – Hormon mit
anregender Wirkung auf verschiedene Körperfunktionen („Stresshormon“)
Adrenalin – Hormon mit anregender Wirkung zum Beispiel auf Herz, Kreislauf oder
Atmung. Produziert wird es im Kern der
Nebenniere.
Depression – Krankhaft gedrückte Stimmung, die der Therapie bedarf
Alzheimer – Diese Krankheit ist die häufigste Form der Demenzerkrankung. Sie
geht mit einer fortschreitenden Abnahme
des Gehirnvolumens einher.
Beleuchtungsstärke – Die Beleuchtungsstärke (Kurzzeichen: E, Maßeinheit: Lux)
definiert, wie viel Licht – lichttechnisch genauer: wie viel Lichtstrom (in Lumen) – auf
eine bestimmte Fläche fällt: Sie beträgt ein
Lux, wenn der Lichtstrom von einem
Lumen einen Quadratmeter Fläche gleichmäßig ausleuchtet.
Biologische Dunkelheit – Zustand, der
beschreibt, dass der biologische Rhythmus
des Menschen im modernen Alltag trotz
normgerechter Beleuchtung nicht ausreichend durch biologisch wirksames Licht
unterstützt wird.
Biorhythmus – Unspezifischer Begriff für
einen natürlichen Rhythmus biologischer
Zyklen bei Organismen.
Chronobiologie – Lehre von zeitlichen
Zusammenhängen biologischer Prozesse.
Circadianer Rhythmus – Biologischer
Rhythmus mit einer Periode von etwa
24 Stunden (Lateinisch: circa = ungefähr,
dies = Tag), wie zum Beispiel der Schlaf-/
Wach-Rhythmus des Menschen. Licht
ist der wichtigste Zeitgeber (siehe Zeitgeber) für den circadianen Rhythmus.
42
Demenz – Krankhafte Form des Nachlassens geistiger Fähigkeit, zumeist bei älteren Menschen
Dritter Rezeptor – Melanopsinhaltige Sinneszellen (Ganglienzellen), die im blauen
Spektralbereich sensibel sind und Helligkeitsinformationen an den SCN und die Zirbeldrüse im Zentralnervensystem übermitteln.
Endogen – Im Inneren des Organismus
entstanden, nicht durch Umgebungsfaktoren verursacht
Epiphyse – Hormonproduzierende Drüse
zwischen dem Groß- und Kleinhirn (siehe
Zirbeldrüse). Sie erzeugt das „Schlafhormon“ Melatonin, das sie bei Dunkelheit ins
Blut ausschüttet.
Farbtemperatur – Die Lichtfarbe einer
Lampe wird durch die Farbtemperatur in
Kelvin (K) beschrieben. Sie wird bestimmt
durch den Vergleich mit der Farbe eines
„Schwarzen Strahlers“ einer bestimmten
Temperatur. Je höher die Farbtemperatur
ist, desto tageslichtweißer wird die Farbe.
Farbwiedergabe – Sie kennzeichnet, wie
gut Farben im Licht einer Lampe wiedergegeben werden. Der Farbwiedergabe-Index
ist von acht häufig vorkommenden Testfarben abgeleitet. Ra = 100 steht für den besten Wert.
Ganglienzellen – Nervenzellen in einem
Ganglion (Nervenzellknoten), die visuelle Informationen der Netzhaut über den Sehnerv ins Gehirn weiterleiten. Zwei bis drei
Prozent der Ganglienzellen sind selbst
lichtempfindlich. Sie enthalten das Pigment
Melanopsin und lösen biologische Reaktionen im Körper aus.
Gesichtsfeld – Bereich der Umwelt, der
vor den Augen liegt und ohne Augenbewegung auf der Netzhaut abgebildet werden
kann.
Hypophyse (Hirnanhangdrüse) – Sie reguliert den Hormonhaushalt des Körpers,
indem sie selbst Hormone produziert oder
durch Botenstoffe andere Organe dazu veranlasst.
Hypothalamus – Das wohl wichtigste
Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems sitzt im Zwischenhirn und regelt über
den suprachiasmatischen Nucleus (SCN)
auch die circadiane Rhythmik des Menschen.
Infradianer Rhythmus – Rhythmus mit
einer Spanne von mehr als 24 Stunden
Innere Uhr – Auch Master Clock genannt,
synchronisiert die innere Uhr den Körper
mit dem äußeren Tag. Sie liegt im Suprachiasmatischen Nucleus. Licht ist somit der
wichtigste Zeitgeber für die innere Uhr.
Sie taktet über Hormone und Botenstoffe
die vielen kleinen Uhren in Körperzellen,
die keine direkte Verbindung zur Umwelt
haben.
Licht emittierende Dioden (LEDs) –
Elektronische Halbleiter, die unter Spannung Licht in den Farben Rot, Grün, Gelb
oder Blau abgeben. Mit Hilfe einer zusätzlichen internen Leuchtschicht kann mit
blauen LEDs weißes Licht erzeugt werden.
Lichtfarbe – Die Lichtfarbe beschreibt
das farbliche Aussehen des Lichts einer
Lampe und wird charakterisiert durch die
Farbtemperatur in Kelvin (K): Trotz gleicher
Lichtfarbe können Lampen aufgrund der
spektralen Zusammensetzung ihres Lichts
eine sehr unterschiedliche Farbwiedergabe
haben.
Lichttherapie – Bestrahlung von Patienten mit biologisch wirksamem Licht (auch
ultraviolettem oder infrarotem) zur Behand-
60
lung von Krankheiten. Das Licht wird vor
allem bei Hautkrankheiten oder Depressionen eingesetzt.
Leuchtdichte – Die Leuchtdichte (Kurzzeichen: L) ist das Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer leuchtenden oder beleuchteten Fläche hat.
Gemessen wird die Leuchtdichte in Lichtstärke pro Flächeneinheit (cd/m2).
Lichtausbeute – Die Lichtausbeute beziffert, wie viel Lichtstrom eine Lampe pro
Watt erzeugt. Der Quotient aus dem von
einer Lampe abgegebenen Lichtstrom in
Lumen (lm) und deren zuvor aufgenommener Leistung in Watt (W) ist das Maß für die
Wirtschaftlichkeit einer Lampe. Je höher
das Verhältnis Lumen/Watt ist, desto besser setzt eine Lampe die eingebrachte
Energie in Licht um.
Lichtrezeptor – Lichtempfindliche Sinneszellen, die auf sie treffende Lichtquanten
(Photonen) als elektrische Signale ins Nervensystem weiterleiten. In der Netzhaut
des menschlichen Auges sind dies Zapfen,
Stäbchen und melanopsinhaltige Ganglienzellen. Zapfen sind für das farbige
Sehen verantwortlich. Stäbchen ermöglichen das Sehen bei geringen Beleuchtungsstärken, denn sie sind lichtempfindlicher als Zapfen. Die melanopsinhaltigen
Ganglienzellen sind keine Sehzellen. Sie
übermitteln Helligkeitsinformationen an das
Zentralnervensystem und steuern damit
die innere Uhr.
Lichtstrom – Der Lichtstrom (Kurzzeichen:
⌽), Maßeinheit: Lumen (lm) ist die Lichtleistung einer Lampe. Er beschreibt die von der
Lichtquelle in alle Richtungen abgegebene
Strahlungsleistung im sichtbaren Bereich.
Lichtstärke – Die Lichtstärke (Kurzzeichen: ⌱) ist der Teil des Lichtstroms, der in
eine bestimmte Richtung strahlt. Sie wird in
Candela (cd) gemessen.
Melanopsin – Fotopigment, das für die
Lichtempfindlichkeit der retinalen Ganglienzellen verantwortlich ist. Seine Empfindlichkeit kann durch das Aktionsspektrum für
die Melatoninunterdrückung beschrieben
werden, dessen Maximum bei etwa 460
Nanometer – also im blauen Spektralbereich – liegt.
Lichtmangel während der Wintermonate,
die lichttherapeutisch behandelt werden
kann. Im Frühjahr klingen die Symptome
automatisch ab.
Sehnerv – Nervenverbindung, über die
Stäbchen und Zapfen visuelle Informationen von der Netzhaut ins Gehirn weiterleiten.
Melatonin – Hormon, das dem menschlichen Körper „Nachtruhe“ signalisiert und
ihn ermüden lässt. Auch als „Schlafhormon“ bezeichnet, wird es in der Epiphyse
aus Serotonin gewonnen und in der Nacht
freigesetzt. Es kann durch Licht in der
Nacht gehemmt werden.
Serotonin – Botenstoff, der Signale zwischen Nervenzellen überträgt und stimmungsaufhellend wirkt. Seine Produktion
wird durch Tageslicht angeregt. Nachts
wandelt die Epiphyse das Serotonin biochemisch in Melatonin um.
Monochromatisches Licht – Licht nur
einer Wellenlänge, das beim Menschen
einen Farbeindruck erzeugt
Skotopisches Sehen – Nachtsehen (mit
den Stäbchen im Auge) bei Leuchtdichten
unter 1 cd/m2, S. 19, Bild 19: v’(␭).
Netzhaut – Zellschicht in der hinteren
Augenwand; auf ihr sitzen die Sehzellen
(Zapfen und Stäbchen), die den Lichtreiz
zu visuellen Nervenimpulsen verarbeiten.
Diese Impulse wiederum werden über die
Ganglienzellen ins Gehirn weitergeleitet.
Auch die melanopsinhaltigen Ganglienzellen (dritter Rezeptor) sitzen in der Netzhaut.
Sie geben ihre Impulse aber nicht als visuelle Information über den Sehnerv ins Zwischenhirn weiter, sondern als biologische
über den retinohypothalamischen Trakt.
Suprachiasmatischer Nucleus (SCN) –
Ansammlung einiger tausend Nervenzellen,
deren Rhythmen durch das Tageslicht täglich synchronisiert werden. Er liegt oberhalb (supra) der Kreuzung der Sehnerven
(Chiasma opticum) und gilt als Schaltzentrale der inneren Uhr (Master Clock), die
die biologischen Prozesse im Körper zeitlich koordiniert.
Photopisches Sehen – Tagsehen (vor
allem mit den Zapfen im Auge), das mittlere
Leuchtdichten ab etwa 3 cd/m2 erfordert,
S. 19, Bild 19: v(␭).
Retinohypothalamischer Trakt – Nervenverbindung zwischen der Netzhaut und
dem Suprachiasmatischen Nucleus (SCN)
im Zwischenhirn, über den die melanopsinhaltigen Ganglienzellen (dritter Rezeptor)
Lichtreize als biologische Informationen
weiterleiten.
Ultradianer Rhythmus – Rhythmus mit
einer Spanne von weniger als 24 Stunden,
zum Beispiel Schlafphasen
Zeitgeber – Zeitgeber sind Einflussgrößen,
die sich auf die innere Uhr auswirken. Der
wichtigste Zeitgeber ist Licht, das über den
dritten Rezeptor im Auge den Suprachiasmatischen Nucleus (SCN) beeinflusst. Der
SCN wiederum taktet als Master Clock
die circadianen Rhythmen einzelner Zellen
und koordiniert ihre Funktionen. Daneben
gibt es auch soziale Zeitgeber wie Arbeitszeiten.
Zirbeldrüse – siehe Epiphyse
Saisonal abhängige Depression (SAD)
– (engl. seasonal affective disorder) Krankhaft ausgeprägte Verstimmung meist bei
43
Normen, Literatur
DIN EN 12464-1 Licht und Beleuchtung –
Beleuchtung von Arbeitsstätten, Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen
DIN EN 12464-2 Licht und Beleuchtung –
Beleuchtung von Arbeitsstätten, Teil 2: Arbeitsplätze im Freien
DIN EN 12665 Licht und Beleuchtung –
Grundlegende Begriffe und Kriterien für die
Festlegung von Anforderungen an die Beleuchtung
DIN EN 15193 Energetische Bewertung
von Gebäuden – Energetische Anforderungen an die Beleuchtung
DIN V 5031-100 Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik – Teil 100:
Über das Auge vermittelte, nichtvisuelle
Wirkung des Lichts auf den Menschen –
Größen, Formelzeichen und Wirkungsspektren
DIN V 18599 Energetische Bewertung von
Gebäuden – Berechnung des Nutz-, Endund Primärenergiebedarfs für Heizung,
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Beleuchtung
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den Menschen, 2008. Berlin: Beuth Verlag.
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und Flächigkeit: Biologisch wirksame Beleuchtungslösungen für Innenräume orientieren sich am Tageslicht. Eine elektronische
Steuerung sorgt für die Dynamik. Nicht zuletzt deshalb sollten alle Faktoren schon
während der Planung von Beleuchtungsanlagen berücksichtigt werden.
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licht.wissen 01
Die Beleuchtung mit künstlichem Licht
60 Seiten Grundlagen: Heft 01 vermittelt allgemein
verständlich und herstellerneutral die Grundlagen
moderner Beleuchtungstechnik. Es ist der Auftakt
zu insgesamt 19 „licht.wissen“-Heften.
[licht.wissen 03] 40 Seiten öffentliche Außenbeleuchtung: Das Heft
erklärt, wie „Sehen und gesehen
werden“ funktioniert. Es erläutert die
lichttechnischen Grundlagen und
zeigt, wie wichtig das Licht für die
Sicherheit ist.
[licht.wissen 05] 60 Seiten Licht
für Arbeitsplätze in Industrie und
Handwerk: Das Heft zeigt, wie optimale Beleuchtungsanlagen ergonomisches Arbeiten ermöglichen. Es
geht auch ein auf deren energieeffizienten Betrieb.
[licht.wissen 10] 40 Seiten Notund Sicherheitsbeleuchtung: Das
Heft informiert vor allem über die
licht- und elektrotechnischen Anforderungen. Anwendungsbeispiele
belegen die Bedeutung für die
Sicherheit.
[licht.wissen 14] 60 Seiten Anregungen für individuelle Beleuchtungskonzepte: Die Gliederung des Heftes
folgt einem Hausrundgang. Fünf
Kapitel „Licht-Spezial“ erläutern lichttechnische Sachverhalte, „Licht-Tipps“
ergänzen die Anwendungskapitel.
licht.wissen – per Post oder als kostenfreie PDF-Datei (Download) unter www.licht.de/lichtwissen
01
02
03
04
05
06
07
Die Beleuchtung mit künstlichem Licht (2008)
Gutes Licht für Schulen und Bildungsstätten (2003)
Straßen, Wege und Plätze (2007)
Gutes Licht für Büros und Verwaltungsgebäude (2003)
Industrie und Handwerk (2009)
Gutes Licht für Verkauf und Präsentation (2002)
Gutes Licht im Gesundheitswesen (2004)
08
09*
10
11
12
13
14
Sport und Freizeit (2010)
Repräsentative Lichtgestaltung (1997)
Notbeleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung (2008)
Gutes Licht für Hotellerie und Gastronomie (2005)
Beleuchtungsqualität mit Elektronik (2003)
Arbeitsplätze im Freien (2007)
Ideen für Gutes Licht zum Wohnen (2009)
15
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17
18
19
Gute Beleuchtung rund ums Haus (2009)
Stadtmarketing mit Licht (2002)
LED – Licht aus der Leuchtdiode (2005)
Gutes Licht für Museen, Galerien, Ausstellungen (2006)
Wirkung des Lichts auf den Menschen (2010)
* With the exception of booklet 9, all booklets are available in English as PDFs, download free of charge at www.all-about-light.org
46
Alles über Beleuchtung!
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licht.de informiert über die Vorteile guter Beleuchtung. Die Fördergemeinschaft Gutes
Licht hält zu allen Fragen des künstlichen
Lichts und seiner richtigen Anwendung umfangreiches Informationsmaterial bereit. Die
Informationen sind herstellerneutral und
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Regelwerken nach DIN und VDE.
licht.wissen
Die Hefte 1 bis 19 der Schriftenreihe
licht.wissen (bisher: Informationen zur Lichtanwendung) helfen allen, die auf dem Gebiet
der Beleuchtung planen, Entscheidungen
treffen und investieren, Grundkenntnisse zu
erwerben. Damit wird die Zusammenarbeit
mit Fachleuten der Licht- und Elektrotechnik
erleichtert. Alle lichttechnischen Aussagen
sind grundsätzlicher Art.
Impressum
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ISBN-Nr. PDF-Ausgabe 978-3-926193-59-9
02/10/25/19I
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DIN-Normen (Bezug: Beuth Verlag, Berlin) und
VDE-Vorschriften (Bezug: VDE-Verlag, Berlin).
Der komplette oder auszugsweise Nachdruck von
licht.wissen 19 ist mit Genehmigung des Herausgebers gestattet.
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