Dieser Beitrag von Alexander Wunsch zum Thema Kunstlicht und Gesundheit ist im Professional Lighting Design-Magazin Ausgabe 53 erschienen und hier als PDF abrufbar:

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Im Gleichklang mit äußeren Lichtbedingungen passt sich unser Organismus auch hormonell an die damit verbundenen Aufgaben an. Die obige Kurve zeigt die verschiedenen Konzentrationen für Stresshormone (ACTH und Cortisol, hellorange) und Melatonin (Schlafhormon, blau) in Abhängigkeit von der Tageszeit.

Unter nachtartigen Lichtbedingungen (z.B. Mondlicht) oder bei Dunkelheit produziert die Zirbeldrüse das Schlafhormon Melatonin, die Ausschüttung von Stresshormonen aus der Hypophyse wird hingegen gehemmt.

Unter tageslichtartigen Beleuchtungsbedingungen (Sonnenlicht, aber auch Licht aus Leuchtstofflampen) wird die Bildung von Melatonin gehemmt und es werden vermehrt Hypophysenhormone ausgeschüttet.

Die blaue Struktur in dieser Abbildung stellt die Zirbeldrüse dar. In dieser Drüse wird bei Bedarf aus Serotonin das Schlafhormon Melatonin hergestellt. Neuere Untersuchungen konnten zeigen, dass es zwischen melanopsinhaltigen Ganglienzellen der Netzhaut des Auges und der Zirbeldrüse direkte Nervenverbindungen gibt, die für die hormonelle Homöostase und die chronobiologische Steuerung von großer Bedeutung sind. Die rote Struktur stellt die Hypophyse dar, die ebenfalls in diese Regelkreise eingebunden ist.

Die rote Struktur in der Darstellung ist die Hirnanhangsdrüse oder Hypophyse, die über spezielle Nervenbahnen mit Rezeptoren in der Netzhaut des Auges verknüpft ist. Die Hypophyse steuert die meisten Körperhormone, wie z.B. Stresshormone, Sexualhormone, Hormone zur Regulation des Wasserhaushaltes usw. Die blaue Struktur ist die Zirbeldrüse, die über thalamische und hypothalamische Zentren in ihrer Aktivität mit der Hypophyse koordiniert wird. Beide Drüsen sind im Zusammenspiel für die chronobiologischen Anpassungsleistungen des Körpers verantwortlich.

Das Auge wird durch seinen spezifischen Reiz, also Licht, nicht nur zum Sehen angeregt, sondern auch geschädigt. Das Ausmass der Schädigung ist nicht allein von der Lichtmenge, sondern auch von der Wellenlänge bzw. der spektralen Zusammensetzung des eintreffenden Lichtes abhängig. Neuere Untersuchungen zeigen, dass z.B. die Mitochondrien, also die Zellkraftwerke, von kurzwelligem Licht geschädigt werden. Langwelliges Licht hingegen kann diese Schäden wieder reparieren. Wenn das Auge also häufig mit Licht konfrontiert ist, dessen Blauanteile sehr hoch und dessen Rotanteile niedrig sind, ist eine Voraussetzung für vermehrten Zellstress in der Netzhaut gegeben.

Die Farbtemperatur ist ein Wert, der leider immer wieder bemüht wird, um die Qualität von Licht zu beschreiben. Dies ist irreführend, da es zwei verschiedene Arten gibt, die Farbtemperatur zu messen, jedoch nur eine davon führt zu einer eindeutigen Aussage. Während die Farbtemperatur in der Physik kontinuierlich gemessen wird, ermittelt die Lichttechnik nur eine korrelierte Farbtemperatur, indem die Aktivität eines Leuchtmittels in drei Bereichen des sichtbaren Spektrums gemessen wird und daraus dann der Farbort auf der Normfarbtafel bestimmt wird. Dieses Verfahren geht davon aus, dass ausschließlich der sichtbare Anteil im Spektrum eines Leuchtmittels eine Rolle spielt. Hier wird deutlich, dass die korrelierte Farbtemperatur ungeeignet ist, um biologische Lichtwirkungen zu beschreiben, die ja eindeutig nicht nur im Sichtbaren zu finden sind, sondern auch vom Gehalt an Ultraviolett und Infrarot abhängen. Einzig die physikalische Art, die Farbtemperatur kontinuierlich über den gesamten Strahlungsbereich zu messen, gibt eine verlässliche Antwort auf die Frage, welche biologischen Wirkungen ein Leuchtmittel hat.

Hier noch ein Kuriosum, das nachdenklich stimmen sollte:
Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) hat im Jahre 1931 (in einer Zeit also, in der die Medizin schon eindeutig bewiesen hatte, dass die biologischen Wirkungen von Licht nicht nur mit den sichtbaren Anteilen zu erklären sind) den Normbetrachter definiert. Dieser Normbetrachter, der uns alle repräsentieren soll, indem er beschreibt, für welche Frequenzbereiche (Farben) unser Auge empfindlich ist, wurde der Einfachheit halber zu zwei Drittel auf Quecksilber geeicht. Die drei Bereiche, in denen zur Ermittlung der korrelierten Farbtemperatur gemessen wird, liegen bei 436 nm (eine intensive Quecksilber-Spektrallinie im Indigo), 546 nm (eine weitere Quecksilber-Spektrallinie im Grün) und bei 700 nm (im Rot), merkwürdiger Weise einer Frequenz, die in den meisten modernen Leuchtmitteln (außer der Glühlampe) nicht mehr vorkommt.

Der Begriff der Vollspektrum-Beleuchtung lässt sich im wesentlichen auf die Arbeiten von John Ott zurückführen. Die Bezeichnung "Vollspektrum" ist umstritten: Das Emissionsspektum füllt den sichtbaren Bereich des Lichtes keineswegs vollständig aus. Geht man davon aus, dass das menschliche Auge für den Bereich von 400 bis 700 nm empfindlich ist, fehlen bei "Vollspektrum-Lampen" auf Quecksilberbasis ca. 25 % der sichtbaren Anteile aus diesem ca. 300 nm breiten VIS-Band, nämlich alle Frequenzen langwelliger als 630 nm. Dies ist in der Abbildung unten gut zu erkennen. Ein Leuchtmittel mit dem Label "Vollspektrum" zu versehen, dessen Spektrum nur den Bereich von 400 nm bis 630 nm abdeckt, obwohl das Auge mindestens für 400 nm bis 700 nm empfindlich ist, ist eigentlich ein schlechter Witz, der an Irreführung der Verbraucher grenzt.

Seit der Entdeckung des circadianen Rezeptorsystems durch Brainard im Jahr 2001 müssen jedoch eine Reihe der früheren Erklärungen für die Wirkungen von so genanntem "Vollspektrumlicht" in Frage gestellt werden. Eine Zeitlang wurde nämlich von den Herstellern so argumentiert, dass die biologischen Wirkungen bei diesen Leuchtmitteln auf den zusätzlichen Gehalt an UV-A zurückzuführen seien. Diese Erweiterung des Spektrums um nicht sichtbare, langwellige Ultraviolett-Anteile war für manche dann das Argument für die Verwendung der Bezeichnung "Vollspektrum", wobei sich diese Lichtquellen auch dadurch erkennbar machten, dass sie einen höheren Blauanteil in ihrem Licht tragen. Heute wissen wir, dass die endokrinen Effekte solchen Lichtes, die mit der Erhöhung der Hypophysenhormone und der Absenkung des Zirbeldrüsenhormons Melatonin zu beschreiben sind, auf den höheren Blauanteil zurückzuführen sind und nichts mit dem UV-A zu tun haben.

Zu dem Aspekt der Verwendung von Quecksilber in den genannten Leuchtmitteln sagt Ott in seinem Buch "Risikofaktor Kunstlicht": "Aber es gab immer noch das Problem der Quecksilberdampfausschläge. Alle Leuchtstoffröhren produzieren diese sehr schmalen, aber höchstintensiven nadelförmigen Energieimpulse sowohl in den sichtbaren als auch in den ultravioletten Wellenlängen. Die Intensität dieser Quecksilberdampfspektralausschläge variiert je nach dem Leuchtstoffröhrentyp - kühlweiß, warmweiß etc. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, der gegen alle Vorteile von Leuchtstofflampen abgewogen werden muss."
Das einzige Kunstlicht, das die Bezeichnung Vollspektrum verdient, ist die Glühlampe, da deren spektrale Zusammensetzung wirklich alle Frequenzen beinhaltet.

Dieser Beitrag von Alexander Wunsch zum Thema Kunstlicht und Gesundheit ist in der englischen Ausgabe des Professional Lighting Design-Magazins Nummer 53 erschienen und hier als PDF abrufbar:

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Hier können Sie die Zusammenfassung der Posterpräsentation herunterladen, die Alexander Wunsch im Rahmen
des 2. Expertensymposiums "Lighting and Health" der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE)
im September 2006 in Ottawa vorgestellt hat:

Download: "Human Light Response Via Skin, Eye and Brain" (PDF)