Praxisforum Biologische Lichtwirkung 2017 in Weimar unter dem Motto: Human Centric Lighting – was haben wir und was brauchen wir?

Das Fachgebiet Lichttechnik war auf der Konferenz mit zwei wissenschaftlichen Mitarbeitern: Babak Zandi und Sebastian Beck, einem Forschungsgruppenleiter: PD. Dr.-Ing. habil. Peter Bodrogi und dem Leiter des Fachgebietes Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. Tran Quoc Khanh vertreten.

Sebastian Beck hielt einen Vortrag über die dynamische Innenraumbeleuchtung, welche sich von einer statischen Beleuchtung durch die Möglichkeit ergänzt, das Licht sowohl in seinem Spektrum, der Intensität und der zeitlichen Variation dieser Komponenten zu verändern. Welche physiologischen und psychologischen Einflüsse diese Parameter auf den Benutzer haben, sowohl kurzzeitig, als auch langfristig, wird vermehrt in verschiedenen Studien Untersucht, um auch etwaige Vorteile eines dynamischen Beleuchtungssystems zu ergründen. Der Beitrag von Sebastian Beck hat den aktuellen Forschungsstand und Untersuchungen/Studien der vergangenen zehn Jahre zusammengefasst.

Dr.-Ing. Peter Bodrogi hielt seinen Vortrag über den emotionalen Effekt bei verschiedenen Farbtemperaturen in Kombination mit der Beleuchtungsstärke im Rahmen des Human Centric Lighting Konzepts. Das Ziel war es, positive Gefühl der Studienteilnehmer, durch eine geeignete Beleuchtung zu unterstützen, um die Arbeitsleistung langfristig zu fördern.

Babak Zandi hat die Ergebnisse von Tageslicht Messungen bei verschiedenen Wettersituationen vorgestellt. Gemessen wurde das Tageslicht sowohl im Innen- als auch im Außenbereich bei annähernd gleichem Zeitpunkt. Die gemessenen Tageslicht-Spektren wurden auf Basis der veröffentlichten Bewertungsverfahren gemäß DIN SPEC 5031-100, DIN EN 16791-2015 und CIE TN 003:2015 ausgewertet und diskutiert. Zukünftig werden nach diesem Schema am Fachgebiet Lichttechnik weitere Tageslicht-Spektren aufbereitet und ausgewertet, um eigens entwickelte intelligente Beleuchtungssysteme zu optimieren. Weiterhin wurde das Grundkonzept eines Beleuchtungssystems vorgestellt, das es ermöglichen soll, dynamische Bestrahlungsstärken in Kombination mit nutzerbasierten Modellen zu erweitern und in automatisierten Beleuchtungssystemen zu integrieren.

Professor Khanh hat als Fachgebietsleiter die grundlegenden Technologien der Beleuchtungssysteme seit der Glühlampe von Edison bis zu modernen leuchtstoff-konvertieren weißen LED vorgestellt und Kenngrößen wie Metamerie, Weißpunktqualität, Sehklarheit, Farbkontraste, Farbpräferenz etc. skizziert. Darauf aufbauend wurde die Wirkungsweise der Lichttechnologien auf die visuelle Leistung des Menschen erläutert und die weiteren notwendigen Schritte als Grundsäulen der zukünftigen Beleuchtungstechnik definiert.

Grundlagenwissen zum Thema biologische Lichtwirkung

Das Tageslicht dient dem Menschen unter anderem als Haupttaktgeber zur Synchronisierung und Steuerung verschiedener Körperfunktionen. Evolutionsbedingt ist der menschliche Organismus dabei auf dynamisch abwechselnde spektrale Bestrahlungsstärke während eines 24 Stunden Zyklus angewiesen. Hohe Beleuchtungsstärken sind aus visuell-sinnesphysiologischer Sicht notwendig, da etwa 80 Prozent aller Sinneseindrücke über den Augenapparat vermittelt werden. Zusätzlich wirkt das Tageslicht als Taktgeber für Hormone und Botenstoffe, die biochemische Prozesse im menschlichen Organismus auslösen und zu rhythmischen Zyklen der Körperfunktionen mit unterschiedlichen Periodenlängen führen. Damit hat das Tageslicht die universellste visuelle und nicht-visuelle Wirkung auf den Menschen. Wichtig ist hierbei, dass nicht nur die Quantität des Lichtes, sondern auch die Qualität also die spektrale Zusammensetzung des Lichtes von entscheidender Bedeutung für die nicht-visuelle Wirkung ist. Die Entwicklung künstlicher Innenraumbeleuchtungssysteme hatte in den letzten Jahrzenten hauptsächlich das Ziel, die Quantität, also die Lichtausbeute zu erhöhen.

Seit 2001 ist bekannt, dass neben den Stäbchen und Zapfen in der Retina, die hauptsächlich für den visuellen Reiz zuständig sind, eine dritte Klasse von Fotorezeptoren existiert. Diese werden als intrinsisch photosensitive Ganglienzellen (ipRGCs) bezeichnet. Im Unterschied zu den restlichen Ganglienzellen in der Netzhaut, die eine zum Glaskörper hin gelegene Nervenzellenschicht zur Informationsweiterleitung in den Sehnerv bilden, sind diese eigenständig (intrinsisch) und lichtempfindlich (photosensitiv). Etwa ein bis zwei Prozent der Ganglienzellen bilden die Klasse der ipRGCs, die sich im Vergleich zu den Stäbchen und Zapfen in der Netzhaut, langsam auf die Umgebungshelligkeit adaptieren. Damit tragen die ipRGCs nicht zur visuellen Informationsverarbeitung bei. Sie erfüllen nach aktuellem Kenntnisstand maßgeblich drei Aufgaben:

• Synchronisation an den Hell-Dunkel-Zyklus

• Anpassung des Augenapparates an die Umgebungshelligkeit

• Beteiligung an der Melatoninsupression

Die Beteiligung der ipRGC-Rezeptoren an der Melatoninsupression wurde anfangs indirekt nachgewiesen. So wurden Testpersonen mit quasimonochromatischem Licht verschiedener Wellenlängen in der Nacht bestrahlt. Der Melatoninspiegel im Blut wurde vor und nach der Bestrahlung gemessen. Somit stellte sich heraus, dass besonders blaues Licht, mit einer Peakwellenlänge von 460 nm, für die Unterdrückung von Melatonin wirksam ist. Das Fotopigment Melanopsin in den ipRGC-Rezeptoren besitzt jedoch eine maximale Empfindlichkeit bei 480 nm. Daher ist davon auszugehen, dass neben den ipRGC-Rezeptoren auch die Stäbchen und Zapfen an der Melatonin-Steuerung beteiligt sind.