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CEN zur biologischen Lichtwirkung: Bessere Rahmenbedingungen durch objektive Referenzgröße

Neuer technischer Report für das Licht

Die biologische Wirkung von Licht gewinnt bei der Planung von zukunftsfähigen Beleuchtungslösungen zunehmend an Bedeutung, allerdings fehlten bisher Vorgaben und vergleichbare Kenngrößen. Nun hat das europäische Standardisierungskomitee CEN mit der CEN/TR 16791:2017 einen technischen Report veröffentlicht, der mehr Klarheit schaffen soll.

Bild: Trilux GmbH & Co. KG

Der Report definiert anhand wissenschaftlich fundierter Erkenntnisse eine Methode zur Bewertung der biologischen Wirksamkeit einer Lichtquelle. Durch den sogenannten melanopischen Wirkungsfaktor lässt sich objektiv beurteilen, wie eine Lichtquelle auf die lichtempfindlichen Ganglienzellen im Auge wirkt – und ob sie damit das Potenzial besitzt, bestimmte biologische Prozesse auszulösen.

Lichtempfindliche Ganglienzellen – die Basis für biologische Lichtwirkungen

Wirkungsspektrum für die melanopische Lichtwirkung smel(?) und das Tagsehen V(?). (Bild: Trilux Medical GmbH & Co. KG)

Wirkungsspektrum für die melanopische Lichtwirkung smel(λ) und das Tagsehen V(λ). (Bild: Trilux Medical GmbH & Co. KG)

Seit langem ist bekannt, dass der biologische Rhythmus des Menschen durch den Tageslichtverlauf synchronisiert wird – und dass Licht u.a. auch Einfluss auf die Stimmung und das Wohlbefinden nimmt. In den letzten Jahren haben viele neue Forschungsergebnisse zu einem besseren Verständnis der Zusammenhänge beigetragen. So wurden 2001 im Auge lichtempfindliche Ganglienzellen entdeckt, deren Hauptaufgabe nicht das gegenständliche Sehen ist. Die Zellen beeinflussen stattdessen u.a. den Melatonin-Stoffwechsel. Melatonin ist ein Hormon, das neben anderen Wirkungen insbesondere den Tag-Nacht-Rhythmus des Menschen steuert. 2007 wurde der lichtempfindliche Wirkstoff in den Ganglienzellen identifiziert, das Melanopsin. Versuche zur spektralen Absorptionsfähigkeit des Melanopsins zeigten: Das lichtempfindliche Protein absorbiert die Wellenlängen des sichtbaren Lichts zwischen 380 und 600nm unterschiedlich gut. Trägt man die Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge auf, erhält man das melanopische Wirkungsspektrum smel(λ) (Abb. 1). Das Maximum der Kurve liegt bei ca. 490nm im blauen Bereich. Rotem Licht gegenüber (600 – 780nm) sind die Ganglienzellen dagegen relativ unempfindlich. Die Lichtempfindlichkeit der Ganglienzellen unterscheidet sich von der Lichtempfindlichkeit der Stäbchen und Zapfen im Auge, die für das gegenständliche Tagsehen zuständig sind. Die spektrale Empfindlichkeitskurve für das Tagsehen V(λ) weist ein Maximum bei etwa 555nm auf.

 

Melanopischer Wirkungsfaktor – entscheidend ist die Zusammensetzung

Melanopische Wirkungsfaktoren für verschiedene typische Lichtquellen (Bild: Trilux GmbH & Co. KG)

Um zu klären, in welchem Maß eine Lichtquelle die lichtempfindlichen Ganglienzellen stimuliert, wird das melanopische Wirkungsspektrum der Lichtquelle ins Verhältnis zum für das Tagsehen (photopisch) bewertete Spektrum gesetzt – und so der melanopische Wirkungsfaktor amel,v errechnet. Die Normlichtart D65 gilt als Referenzwert für das natürliche Sonnenlicht. Sie besitzt einen melanopischen Wirkungsfaktor von 0,906 und entspricht mit einer Farbtemperatur von 6.504 Kelvin ungefähr einem grau verhangenen Himmel. In der Praxis gibt es bereits zahlreiche Initiativen und Planungsempfehlungen, die die biologische Wirkung der Beleuchtungslösung berücksichtigen. Das International Well Building Institute ist eine gemeinnützige Organisation, die es sich zum Ziel gesetzt hat, Gesundheit und Wohlbefinden der Menschen innerhalb von Gebäuden durch entsprechende Standards zu verbessern. Der Well Standard empfiehlt, ein bestimmtes Mindestniveau an ‚äquivalenten‘ melanopischen Lux (EML: equivalent melanopic Lux) in den Räumen einzuhalten, und zwar abhängig von der Raumnutzung. Für Arbeitsbereiche sind laut Standard z.B. mindestens 200 äquivalente melanopische Lux empfehlenswert, und zwar in der Zeit zwischen 9:00 und 13:00 Uhr an 75 Prozent der Arbeitsplätze. Dabei fließt natürliches Tageslicht in die Rechnung mit ein. Durch das Wissen um die biologische Wirksamkeit des Lichts lassen sich die Beleuchtungslösungen gezielt an den spezifischen Einsatzbereich anpassen und so potenzielle Gefährdungen durch falsche Beleuchtung vermeiden. Untersuchungen belegen z.B. für typische rollierende Nachtschichtarten, dass sich eine Beleuchtung mit hohen Blaulichtanteilen während der Nacht negativ auf den biologischen Rhythmus des Menschen auswirken kann. Deshalb ist in einer solchen Anwendung sinnvoll, auf eine Beleuchtungslösung mit einer möglichst geringen melanopischen Wirksamkeit zu setzen, ohne dass dabei die Beleuchtungsstärke oder Qualität beeinträchtigt wird. Grundsätzlich gilt: Beleuchtungslösungen, die die biologische Wirksamkeit des Lichts berücksichtigen, müssen immer so ausgelegt werden, dass sämtliche Anforderungen an Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz vollkommen erfüllt werden.

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