Ansprüche an das Licht - für Gesundheit und Wohlbefinden

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1 Ansprüche an das Licht - für Gesundheit und Wohlbefinden Dr. Andreas Wojtysiak München Licht ist OSRAM

2 Licht wirkt auf den biologischen Organismus Licht ermöglicht gutes Sehen Abbildung Lichtintensität Information Form Konstrast Wahrnehmung Licht erzeugt Stimmungen Komfort Zufriedenheit Entspannung Wohlbefinden Licht steuert biologische Vorgänge Aufmerksamkeit Hormone Innere Uhr Müdigkeit Circadianer Rhythmus 2

3 Für Höchste Anforderungen an gutes Sehen: OSRAM OSTAR Medical 3

4 Grundvoraussetzungen für gutes Sehen Helligkeit Kontrast Größe Geschwindigkeit 4

5 Effizienz, das Maß der Bewertung? Effizienz wird an der Hellempfindung des Auges bemessen Optische Strahlung Wahrnehmung Helligkeitsbewertung Elektrische Leistung [W] Effizienz lm / W Lichtstrom Φ [lm] 5

6 Effizienzen von Lichtquellen 6

8 Licht erzeugt Emotionen 8

9 Bedrohung, Angst 9

10 Romantik 10

11 Licht in der Natur Die Referenz für den Menschen Quelle: 11

13 Bestimmt der Rhythmus unsere Leistung? Höchste Leistung ermöglicht das Adrenalin Man muss sich dann halt konzentrieren Das ist eine Frage des Willens 13

14 Rhythmen in Botenstoffen und Körperfunktionen Wachstumshormon Melatonin Temperatur :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 Zeit 3000 Testosteron Blutdruck Cortisol

15 Rhythmen beeinflussen unsere Leistung - Wachheit Krüger 2003 Wachheit Fehlerquote 15

16 Rhythmen beeinflussen unsere Leistung - Kraft und Konzentration Sargent 2010 Drust 2005 Kraft [kg] :00 14:00 22:00 06:00 Uhrzeit [h] Service Geschwindigkeit [m/s] Service Genauigkeit [Punkte] 09:00 14:00 18:00 Uhrzeit [h] 16

17 Produktivität und Beleuchtungsstärke Quelle: Industrielle Beleuchtung u. Produktivität (Metallindustrie) V. Bommel, W.J.M., et al., Licht 2002, Maastricht 17

18 Positive Folgen biologisch wirksamer Beleuchtung Nicht-visuelle Wirkungen nützen verschiedenen biologischen Funktionen Funktion: Kognition: Belegte Wirkungen: Aktivierung Leistungsfähigkeit verbessert Reaktionsfähigkeit verbessert Wohlbefinden: Stimmungsaufhellung Stabilisierung des Rhythmus Rückgang von Depressionen Einschätzung der Leistungsfähigkeit Schlaf: verkürzte Einschlafphase mehr Tiefschlaf 18

19 19

20 Der Mensch hat eine ungenaue innere Uhr Versuche im Andechser Bunker Licht ist der wichtigste Zeitgeber Der Mensch muss synchronisiert werden damit der Rhythmus nicht davonläuft Neue Forschungen Neuer Lichtrezeptor gefunden Wachheit und Schlafqualität Einfluss auf viele Aspekte der Gesundheit und Leistungsfähigkeit Zeit [Tage] Tageszeit Mit Zeitgeber (Licht) Ohne Zeitgeber Wachphase Schlafphase nach Wever und Aschoff,

21 Das biologische System visuell Sehvorgang Rhythmus biologisch Geistige Leistungsfähigkeit Vandewalle & Dijk 2009 Rhythmus des Schlafhormons Melatonin sofort 30 sec 15 min PET/fMRI Scans zeigen Aktivierung im Gehirn 21

22 Visuelle und nicht-visuelle Lichtwirkungen beruhen auf unterschiedlichen Rezeptoren Foster 2007 visuell Stäbchen, Zapfen biologisch iprgc (intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen) 22

23 Die spektrale Empfindlichkeit für visuelle vs. nicht-visuelle Lichtwirkungen unterscheidet sich visuell Spektrale Wirkfunktionen 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 biologisch 0,3 0,2 0,1 0, Wellenlänge [nm] 23

24 Kaltweiße Lichtquellen sind biologisch effizienter Lampen visuell Spektrale Empfindlichkeit s ms (λ) V(λ) Warmweiße LED biologisch Spektrale Empfindlichkeit s ms (λ) V(λ) Kaltweiße LED

25 Die Photorezeptoren in der Netzhaut des Auges visuell Zapfen sind in der Sehgrube konzentriert Sehsinn, Bilderkennung Hohe Auflösung Netzhaut Blutgefäße Sehgrube Sehnerv Iris Linse Hornhaut Pupille biologisch iprgcs sind weit verteilt Höhere Empfindlichkeit im unteren Teil der Netzhaut Große rezeptive Felder 25

26 Flächiges Licht von oben wirkt effektiver als Spots Leuchten Auge visuell biologisch 26

27 Das richtiges Licht zur richtigen Zeit Lichtmanagementsysteme Flächige Lichtverteilung wegen der Verteilung der Rezeptoren Höhere Beleuchtungsstärken an Decke und oberer Wand wegen der Empfindlichkeit der Rezeptoren Spot-artige Beleuchtung stimuliert nur wenige iprgcs Reduktion auf die Sehaufgabe (im Idealfall) Zweitbeste Option 27

28 Was ist der Chronotyp? Actiwatch 28

29 Änderungen im Rhythmus im Verlauf des Lebens In der Jugend Genetisch fixierter Wandel zu späteren Chronotypen Schlechtere Leistungen Im Arbeitsleben Der Wecker bestimmt wann wir aufstehen Schlafmangel und Gesundheitsprobleme Im Alter Verlust des Rhythmus Reduzierte Lebensqualität Bei Demenz Hauptgrund für stationäre Aufnahme Schlaf Wach nach Staedt,

30 Stellen der inneren Uhr Verschiebung [h] Schematisch nach Khalsa 2003 normaler Chronotyp Licht verlängert Licht verkürzt Licht verlängert :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 Körpertemperaturminimum Uhrzeit 30

31 Im Arbeitsleben: das Phänomen Social Jetlag Mo Mi Fr So Di Do Sa Mo Mi Fr So Di Do Sa Mo Mi Fr msf msw Social jetlag = MS in Stunden Mehrheit der Bevölkerung betroffen Späterer Chronotyp als msw Schlafdefizit in der Woche Coping Mechanismen Social Jetlag Das Leben im Innenraum lässt den Rhythmus nach hinten rutschen Natürliches Tageslicht zieht die innere Uhr nach vorn Unzureichende biologisch wirksame Beleuchtung vermag das nicht Lichtanpassungen im Innenraum sind notwendig So Uhrzeit (h) Schematisch nach Roenneberg,

32 Im Arbeitsleben: Skywhite Studie Osram Zentrale München Feldstudie zur Wirkung von hohen Farbtemperaturen im Büro Zielstellung Konzept Test ob bei Tagesarbeit im Büro eine Lampe mit hoher Farbtemperatur: die geistige Leistungsfähigkeit verbessert den circadianen Rhythmus stabilisiert Referenz = Standard LLampen LUMILUX 840 FL 4000 K Partner Interferenz = SKYWHITE (880) FL 8000 K 32

33 Skywhite Studie München: Zusammenfassung Stärkere Synchronisierung bei Lampen mit hoher Farbtemperatur Methoden Feldstudie mit 30 Freiwilligen: Aufmerksamkeit (D2 Test) Schlaf/Wach Rhythmus (Schlaftagebücher, Aktimetrie) Stimmungsfragebogen Chronotypen (MCTQ) Akzeptanz der Beleuchtung (Fragebogen) Ergebnisse Stärkere Synchronisierung in der SKYWHITE Gruppe Keine Signifikanz bei anderen Parametern Beleuchtung unterstützt Beleuchtung unterstützt Konzentration Konzentration Beleuchtung Beleuchtung unterstützt unterstützt Wachheit Gefallen insgesamt insgesamt Helligkeit ist ist angenehm -1-2 Lichtfarbe ist Lichtfarbe angenehm angenehm Blendung angenehm nach NachUmstellung dem Wechsel vor VorUmstellung dem Wechsel Blue-enriched office light competes with natural light as a zeitgeber Vetter et al. 2011; Scand J Work Environ Health 33

34 Anwendung am Tag: Besseres Lernen in besserer Schulbeleuchtung Leistungssteigerungen in Labor- und Feldstudien nachweisbar Zielstellung Konzept Hypothesen: Chronobiologisch verbesserte Schulbeleuchtung verbessert die geistige Leistungsfähigkeit. Das Lichtkonzept aktiviert besonders die Spättypen am Morgen und bewirkt höhere Aufmerksamkeit. Referenz = Standardbeleuchtung Partner Interferenz = Chronobiologisch optimiert 34

35 Schul Studie Ulm: Set-up Intraindividueller vorher/nachher Vergleich akuter und circadianer Effekte Studiendesign Schulen Gruppen: RBS FSS Interferenz = Chronobiologisch optimiert Acute Circ. Referenz = Standard Beleuchtung Acute Circ. Acute Circ. Acute Circ. Instrumente Aufmerksamkeitstest (d2) Kognitive Leistungsgeschwingdigkeit (ZVT) Merkfähigkeitstest (VVM) Stimmungsfragebogen Auditive Vigilanz, 2-back Schlaftagebuch MCTQ Chronotypenfragebogen Kontrollen (Sichtigkeit etc.) Cross-over vorher nachher vorher nachher Nov11 Gruppenwechsel Mar12 35

36 Schul Studie Ulm: Licht Intervention Anpassungen in Spektrum und Lichtverteilung, nicht Beleuchtungsstärke Referenz Neutralweiße Leuchtstofflampen (4000 K) Standard Leuchten (abgependelt oder Einbau) 700 lx horizontal, 300 lx vertikal Intervention voll LED Leuchte; 4000 K direkt; indirekt UW und blau Standard Leuchten upgrade mit LED Modulen 700 lx horizontal, 300 lx vertikal 36

37 Schul Studie Ulm: Hauptergebnisse Aufmerksamkeit und Leistungen gesteigert nach kurz- oder mittellanger Einwirkzeit des chronobiologisch verbesserten Lichts Visuo-motorische Leistung * Schnellere Ausführung der Aufgabe im Vergleich zur Referenz Zunahme der Leistungsgeschwindigkeit im Zahlenverbindungstest (ZVT) Aufmerksamkeit * Verbesserungen in der Gesamtleistung (Konzentrationsleistung) * Niedrigere Fehlerrate Zunahme in der Konzentrationsleistung (d2) Leistungszunahme * Leistungszunahme * Referenz Interferenz Referenz Interferenz 37

38 Schul-Studie Ulm: Ergebnisübersicht Leistung d2 Geschwinidigkeit d2 Fehlerrate d2 Konzentrationsleistung ZVT VVM_Route_visuell VVM _Konstruktion_verbal Computer aud. richtig Computer vis. richtig Wohlbefinden Neg. Gefühl Pos. Gefühl Interesse Exzitation/Agitation Wachheit Phase 1 Phase 2 I > R I < R I > R I > R I > R I > R I > R I > R I < R I > R I > R I > R I > R I > R I < R I > R I > R I > R I > R I > R I > R I < R I > R I > R I > R I > R signifikant n.s. signifikant entgegen dem Ziel Circadianer Rhythmus Chrono-Fragebofgen Schlaftagebuch I R I R I R I R Akzeptanz Lichtfragebogen I > R I > R Es macht mich wach 38

39 L&Q Anwendungs- und Forschungsprojekt: Flugzeugkabinenstudie Ziele: Bessere abend- und nächtliche Erholung und morgendliche Aktivierung bei Langstreckenflügen Anwendung auf der Basis eingebauter voll-led Leuchten mit optimierter Dynamik Ergebnisse: Verbesserte physiologische Messgrößen bei den Passagieren Verbesserter Hormonverlauf Verbesserte Entspannung am Abend und in der Nacht Fragebögen bestätigen den höheren Komfort 39

40 L&Q Beispiel Anwendung und Feldforschung: Wellness Hotel Studie Ziele: Transfer der Flugzeugkabinenstudie ins Hotel Feldstudie mit regulären Hotelgästen Verbessertes Licht in den Zimmern, Wellness- Bereich und Restaurant Ergebnisse: Verbessertes Wohlbefinden der Hotelgäste Erhöhter Erholungswert Verbesserungen im Hormonverlauf und in der Nachtruhe 40

41 Im Alter: Spektrale Transmission der Augenlinsen Alterseffekte filtern kurze Wellenlängen aus dem Spektrum Lerman, , Bekannte Alterseffekte: Trübung der Augenmedien Vergilbung der Linsen Verringerte Funktion der Iris Optical transmission 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, wavelenght [nm] nach van de Kraats years 30 years 50 years 75 years 90 years c(lambda) v(lambda) Reduzierter biologischer Stimulus Rhythmus Probleme 41

42 L&Q Beispiel Anwendung und Feldforschung: Alten- und Pflegeheimstudien Ziele: Positive Effekte von biologisch wirksamen Licht auf Gesundheit und Wohlbefinden von älteren Menschen zeigen Verbesserungen in der täglichen Aktivität und nächtlichen Ruhe Ergebnisse: Verbesserungen in Wachheit und Aktivierung am Tag Verbesserungen im Nachtschlaf Ausgezeichnete Rückmeldungen vom Personal 42

43 L&Q Beispiel Anwendung und Feldforschung: Psychiatrische Klinik (Vivantes, Berlin) Unterstützung der Therapie von Depressionen Stabilisierung der biologischen Rhythmen Freundliches und helles Ambiente in der Klinik Verringerung der stationären Therapie bei unipolarer Depression von 25,9 d -> 22,0 d (Staedt 2009) 43

44 L&Q Beispiel Anwendung und Feldforschung: Zentrum für interdisziplinäre Schmerztherapie Ziele: Licht als Teil einer multimodalen Therapie gegen chronische Schmerzen Strukturierung des Tages und Stabilisierung des Schlaf/Wach-Rhythmus Anti-depressive Beleuchtungsstärken Ergebnisse: Studie gestartet, Beitrag zur Therapie im Bereich von 10% erscheint realistisch Großes öffentliches Interesse (Medien) Aufmerksamkeit in den medizinischen Gesellschaften 44

45 L&Q Beispiel Anwendung: Industrie- und Fertigungshallen Ziele: Verbesserung von Wachheit und Konzentration Erhöhung der Produktivität bei gleichzeitig verbessertem Wolbefinden Zukünftig: neue Strategien für eine gesundheitsschonendere Schichtarbeit Ergebnisse: Positive subjektive Rückmeldung zu Wachheit und Konzentration In Frühschichten verbesserte Produktivität ( Flextronic- Studie ) 45

46 Einflußgrößen für nicht-visuelle Effekte 1,0 Der blaue Anteil bestimmt den Effekt 0,9 0,8 visual 0,7 0,6 biological 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, wavelength [nm] Lichtquellen Weite Lichtverteilung, Licht von oben effektive Bereiche Leuchten Richtiges Licht zur richtigen Zeit LMS 46

47 Zusammenfassung: Triple Win Lichtqualität wirkt Performance, Gesundheit und Wohlbefinden Nutzer Gesundheit, Wohlbefinden, Aktivität, Performance, stabilisierter biologischer Rhythmus, Schlafqualität, Umwelt Balance von Energieeffizienz und menschlichen Bedürfnissen, nachhaltige Produkte, Industrie Innovation, ruhiges Gewissen, neue Marktmöglichkeiten, hochwertige Produkte, Kommunikation / Lernen Standardisierung Kosten Der beste Transfer der positiven Gesundheitseffekte von Tageslicht in den Innenraum 47

48 Vielen Dank.