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Physikalische Einwirkungen

Biologische Wirkung von Licht

Licht ist lebenswichtig und ermöglicht weit mehr als nur gutes Sehen. Es wirkt sich auf die Zellen des menschlichen Körpers, die Hormonbildung, die Leistungsfähigkeit und das Wohlbefinden aus. Eine besondere Rolle spielt das Sonnenlicht im Tagesverlauf. Es beeinflusst unseren Tag-Nacht-Rhythmus und gibt dem Körper vor, wann er wach und aktiv sein soll oder wann es Zeit ist, sich zu regenerieren. Kommt unsere "innere Uhr", etwa durch Nachtschichten oder falsche Beleuchtung aus dem Rhythmus, kann sich das negativ auf unsere körperliche und psychische Gesundheit auswirken. Stimmungstiefs, Schlafstörungen oder Konzentrationsschwierigkeiten sind nur einige der möglichen Folgen.

In mehr als 200.000 Jahren Evolution hat sich der Mensch an den natürlichen Tag-Nacht-Rhythmus als Taktgeber angepasst. So hat sich ein Schlaf-Wach-Zyklus ausgebildet, der in etwa 24 Stunden dauert. Diese "zirkadiane Rhythmik" (von: circa diem = ungefähr ein Tag) beeinflusst eine Vielzahl an biochemischen Prozessen, wie Hormonproduktion, Organ- und Muskel-Funktionen, Herzschlag, Nierenfunktion, Körpertemperatur, die Stimmung oder auch geistige und körperliche Leistungsfähigkeit. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der "inneren Uhr" oder der „master clock“. Diese Steuereinheit läuft automatisch und unabhängig von der Außenzeit im 24-Stunden-Rhythmus.

Unser Sonnenlicht setzt sich aus optischer Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen zusammen. Im sichtbaren Bereich umfasst das Spektrum die Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm (Nanometer). Einen wesentlichen Anteil des Sonnenlichts bildet das blaue Licht: Trifft dieses Licht auf spezielle Fotorezeptoren der Netzhaut des menschlichen Auges, so beeinflusst es über Nervenverbindungen zentrale Steuerungseinheiten im Gehirn, die Taktgeber unserer "inneren Uhr" sind und ihrerseits auf alle Zellen unseres Körpers einwirken - Blaues Licht hat damit eine biologische Wirkung auf den Menschen.

Im Lauf der Evolution hat sich der Mensch an die Sonne als natürliche Lichtquelle perfekt angepasst. Daher ist es auch für die Gestaltung durch künstliche Beleuchtung wichtig, die Intensität und Zusammensetzung des Lichts aus verschiedenen „Lichtfarben“ (spektrale Zusammensetzung), die sich im Tagesverlauf ändert, nachzuahmen. Zur Beschreibung dieses Phänomens wird der Begriff „Farbtemperatur“ genutzt: In den Morgenstunden hat das Sonnenlicht einen besonders hohen Blauanteil und erscheint dadurch subjektiv „kalt-weiß“; im Tagesverlauf reduziert sich der blaue Spektralanteil zu „neutral-weiß“; zum Abend vermindert sich der Blauanteil weiter, so dass das Licht als „warm-weiß“ empfunden wird.

Wie Licht unsere "innere Uhr" beeinflusst.

Tageslicht und Licht mit hohem Blauanteil können jedoch die Steuerfunktion der inneren Uhr „überlagern“. An diesem Prozess sind fotosensitive Ganglienzellen in der Netzhaut der Augen beteiligt, die auf Licht mit hohem Blauanteil reagieren. Zusammen mit einer hohen Beleuchtungsstärke entstehen Steuerungsimpulse, die auf die „master clock“ und auf hormonproduzierende Zellen einwirken. Hierdurch steigt die Ausschüttung des "Stresshormons“ Cortisol. Es bewirkt, dass wir wach und konzentriert sind. Gleichzeitig nimmt die Bildung des Hormons Serotonin zu, das eine stimmungsaufhellende und motivierende Wirkung hat. Trifft wenig oder kein blauanteiliges Licht auf die Netzhaut, schüttet die Epiphyse, eine hormonproduzierende Drüse im Gehirn, Melatonin ins Blut aus. Dieses „Schlafhormon“ macht müde, verlangsamt die Körperfunktionen und stellt alle Zellen des Körpers auf Nachtruhe um, sodass sie sich regenerieren können. Das natürliche Licht hat also einen wesentlichen Einfluss darauf, ob wir uns müde oder wach fühlen. Eine vergleichbare Wirkung geht auch von künstlichem Licht aus, wenn dadurch entsprechend hohe Blauanteile sowie hohe Beleuchtungsintensität auf die fotosensitiven Ganglienzellen der Augen einwirken.

Tageslichtmangel in den „dunklen Jahreszeiten“.

Wie sehr wir durch Licht beeinflusst werden, zeigt sich nicht nur in der Tagesrhythmik, sondern auch im Verlauf der Jahreszeiten. Wenn ab Herbst die Tage spürbar kürzer und grauer werden, reagieren viele Menschen mit einer „düsteren“ Stimmung. Das gilt insbesondere für Beschäftigte, die im Dunkeln zur Arbeit fahren, am Arbeitsplatz bei wenig natürlichem Licht arbeiten und im Dunkeln wieder nach Hause zurückkehren. Da sie eine geringere Sonnenlichtdosis erhalten, schüttet der Körper auch wenig Serotonin aus, während gleichzeitig die Produktion des Hormons Melatonin gesteigert wird.

Die Folge: Gerade in den Herbst- und Wintermonaten sind viele Menschen besonders schläfrig, kommen morgens schlecht aus dem Bett oder kämpfen mit einem Stimmungstief und Antriebslosigkeit. Bei einigen Menschen kann sich der Lichtmangel sogar auf eine saisonal-affektive Störung (SAD) ausweiten, die in der Umgangssprache als „Winterdepression“ bezeichnet wird. Eine Einschränkung der Lebensqualität, verminderte Leistungsfähigkeit und Arbeitsleistung bis zur Vernachlässigung von Pflichten oder sogar eine Arbeitsunfähigkeit können die Folge sein. Doch die dunklen Tage sind nicht die einzigen Faktoren, die unsere "innere Uhr" aus dem Rhythmus bringen können.

Künstliches Licht verändert unseren Tagesablauf.

Bis zur industriellen Revolution gab der "natürliche" Tag-Nacht-Wechsel den Lebens- und Arbeitsalltag der meisten Menschen vor. Doch durch zunehmenden technischen Fortschritt findet Arbeit heute nur noch selten unter freiem Himmel bei Sonnenlicht statt und auch unsere Arbeitszeit ist flexibel geworden. In der Industrieproduktion, in Lagerhallen und in vielen Geschäften, arbeiten Menschen tagsüber in Räumen, in die nur wenig oder kein natürliches Tageslicht gelangt. Das herkömmliche künstliche Licht, insbesondere die sogenannte „Neonbeleuchtung“, der wir dabei oft ausgesetzt sind, entspricht nur sehr eingeschränkt den optischen und biologischen Anforderungen des Menschen. Auch wenn wir nicht arbeiten halten wir uns öfter in künstlich beleuchteten Räumen auf und unsere Freizeitaktivitäten haben sich lange schon auf die Stunden ohne Tageslicht ausgedehnt.

Demgegenüber arbeiten zunehmend viele Menschen in Schicht- und Nachtarbeit. Hier sind die Arbeitsplätze, auch aus Gründen der Sicherheit, häufig mit sehr hellem Licht ausgestattet, das biologische Wirkung zeigt.

Sowohl der Mangel an Tageslicht, als auch der Mangel an Dunkelheit in der Nacht können dazu führen, dass unsere innere Uhr häufig aus dem Takt gebracht wird. Dadurch erhöht sich das Risiko für Tagesmüdigkeit, Ein- und Durchschlafstörungen, Energielosigkeit, Depressionen, Essstörungen, Konzentrationsschwierigkeiten und Unfälle.

Beleuchtungs-Tipps für gesundes Arbeiten und Leben.

Um die Gesundheit zu schützen sowie die Leistungsfähigkeit und das Wohlfühlen zu fördern, sollten Wohnräume und insbesondere Arbeitsplätze über ausreichend Tageslicht verfügen. Falls erforderlich, sollte die Raumausleuchtung durch künstliches Licht ergänzt werden, das in seiner Dynamik so gut wie möglich, den Tageslichtverhältnissen nachempfunden ist. Vor allem sollte die Farbtemperatur (kalt-weiß, neutral-weiß, warm-weiß) ebenso wie die Beleuchtungsstärke dem natürlichen Tagesverlauf folgen.

Es gibt bereits seit einigen Jahren Ansätze, mit Hilfe der modernen LED-Lichttechnik, den Tagesverlauf des natürlichen Lichts nachzuahmen und Lösungen für Arbeitsstätten und den Privatbereich zu entwickeln. Bis solche Techniken breiten Einsatz finden, werden aber wahrscheinlich noch viele Jahre vergehen. Dennoch werden derartige Techniken in Zukunft noch viel mehr Bedeutung erlangen.

Im Gegensatz zum Tag ist die „natürliche“ Nacht dunkel! Nächtliche Luftbildaufnahmen unserer Großstädte zeigen jedoch das Gegenteil und dokumentieren damit die „Lichtverschmutzung“ unserer Zeit. Um der Natur zu folgen, sollte zumindest abends und besonders nachts künstliches Licht mit hohem Blauanteil vermieden werden. Das gilt auch für Fernsehgeräte und Computermonitore, die in der Regel auch blaues Licht abstrahlen. Wer nachts tief und entspannt schlafen möchte, sollte mehrere Stunden vor dem zu Bett gehen auf Lichtquellen mit blauen Spektralanteilen verzichten, da sie aktivierend wirken und die Ausschüttung des „Schlaf-Hormons“ Melatonin stören. Eine erholsame Nachtruhe ist Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit am folgenden Tag.

Licht ist ein wichtiger Faktor für die Planung und Gestaltung von Arbeitsstätten. Die Arbeitsstättenverordnung stellt deshalb besondere Anforderungen an die Nutzung von Licht, die in der Technischen Regel für Arbeitsstätten (ASR) „A3.4 Beleuchtung“ konkretisiert werden. Als Gütemerkmale des Tageslichts nennt die ASR:

  • Dynamik,
  • Farbe,
  • Richtung,
  • Menge des Lichts.

Die Vorgaben stellen ausdrücklich heraus, dass Arbeitsstätten möglichst durch Tageslicht beleuchtet werden und eine Tageslichtbeleuchtung einem Beleuchtungsszenario mit ausschließlich künstlichem Licht vorzuziehen ist.

Wie hoch der Anteil des Tageslichts ist und ob an einem Arbeitsplatz ausreichend Tageslicht vorhanden ist, lässt sich mit Hilfe des sogenannten Tageslichtquotienten (Tageslichtversorgung von Innenräumen in %) überprüfen. Um den Tageslichtquotienten zu berechnen, wird das "Verhältnis der Beleuchtungsstärke“ (Lux) an einem bestimmten Punkt in dem Raum, der bewertet werden soll, gemessen (EP). Dieser Wert wird anschließend durch das Messergebnis der "Beleuchtungsstärke im Freien bei vollständig bedecktem Himmel" (Ea) geteilt und mit 100% multipliziert. Beide Messungen, im Raum und im Freien, müssen dabei zum selben Zeitpunkt stattfinden.

Tageslichtquotient = [(EP) / (Ea)] x 100%

Die Anforderungen an ausreichendes Tageslicht für Arbeitsräume sind dann erfüllt, wenn der Tageslichtquotient größer als 2% ist, bzw. bei Räumen mit Dachoberlichtern ab 4%. Alternativ zum Tageslichtquotienten muss das Verhältnis von lichtdurchlässiger Fenster-, Tür- oder Wandfläche bzw. Oberlichtfläche zur Raumgrundfläche mindestens 1 zu 10 betragen.