Lyset er den vigtigste “tidsgiver” til styring af vores døgnrytme. Dagslys er derfor vigtigt for vores trivsel. Kolde hvide bølgelængder i lyset, dæmper udskillelsen af melatonin.
Menneskets visuelle og hormonelle system. Lys rammer øjet, og der sendes signaler fra nethinden til hjernens visuelle center og den suprachiasmatiske kerne. Den mest effektive lysvinkel til at aktivere ganglieceller ligger over horisonten. Kilde: Licht.de
Videnskabsfolk har i årevis forsket i lysets biologiske virkninger. Men det var først i 2002, de opdagede gangliecellerne på nethinden, som ikke bruges til at se med. De netop identificerede celler reagerer mest på synligt blåt lys og sætter det biologiske ur, som synkroniserer vores krop med den eksterne cyklus i form af dag og nat.
Nethinden på et menneskes øje indeholder tre fotoreceptorer: Farvefølsomme kegleceller, stavceller, der er følsomme over for dæmpet lys, og ganglieceller, der er følsomme over for blåt lys.
Det biologiske urs vigtigste produkt er hormonet melatonin – “søvnhormonet”. Dette hormons produktion i pinealkirtlen varierer alt efter tidspunktet på dagen. Melatonin udskilles om natten, og niveauet er minimalt om dagen. Øget produktion af melatonin udløst af lyseksponering falder ofte sammen med øget årvågenhed og mere vedvarende opmærksomhed.
Generatorer af den hormonelle puls
Gangliecellerne sender signaler til hjernen og regulerer hormonproduktionen. De tre vigtigste hormoner, der styrer den biologiske rytme er:
- Melatonin – det gør dig træt, gør kropsfunktionerne langsommere og sænker aktivitetsniveauet til fordel for velfortjent hvile.
- Kortisol – Dette er et stresshormon, der produceres fra omkring kl. 3 om morgenen. Det stimulerer stofskiftet og programmerer kroppen til den kommende dag.
- Serotonin – Dette hormon fungerer som et stimulerende og motiverende element. Mens kortisolniveauet i blodet falder i løbet af dagen og således modvirker melatoninniveauet, hjælper serotonin med at øge energiniveauet-
Vejledende parametre for Human Centric Lighting
For at installere og programmere effektiv Human Centric Lighting løsning, kræver 4 parametre opmærksomhed: spektret, timing og varighed, intensitet og fordeling. Hvert parameter kan ændres, så længe en eller flere af de andre parametre ligeledes justeres.
Farvespektret
Forstå effekten af farvetemperatur
Lys er de stråler, der er synlige for det menneskelige øje i en afstand på 380–780 nm. Optiske stimuli registreres i det menneskelige øje af tre forskellige kegleceller, som reagerer på røde, grønne eller blå stråler. Men vi opfatter ikke farver lige klart. Farver i de gulgrønne spektre ved 555 nm opfattes som klarest. Stavceller gør det muligt for os at se i dæmpet lys, men de kan ikke skelne farver. Den biologisk effektive afstand for det blå spektrum er mellem 460-500 nanometer.
Sensitiviteskurver i dagslys v(λ), om natten v'(λ) og for at påvirke døgnrytmen c(λ)
Gangliecellerne er mest følsomme over for lys ved 480 nm (1). Det svarer til blåt lys. Det tilsvarende hvide lys vil således indeholde en stor andel blå bølgelængder og omtales derfor som koldt hvidt lys med farvetemperaturer fra 5-6.000 kelvin og derover. Forskning (2) har vist, at eksponering for lys i den blå del af spektret resulterer i en lavere udskillelse af melatonin. Kort sagt, det kolde hvide lys, som vi ofte finder i sollys og i visse lyskilder, bidrager til at justere døgnrytmen og resulterer i en højere subjektiv årvågenhed, kropstemperatur og hjerterytme (3). Karakteristikaene for den spektrale følsomhed er defineret i dokumenter som CIE S 026.
Den spektrale fordeling af forskellige lyskilder
Koldt hvidt LED lys har flere blå bølgelængder og er derfor mere effektivt til at indstille døgnrytmen.
Kilder
1 Bailes, H.J. and Lucas, R.J. (2013) Human melanopsin forms a pigment maximally sensitive to blue light (lmax _479 nm) supporting activation of Gq/11 and Gi/o signalling cascades. Proc. Biol. Sci. 280, 20122987
2 Brainard et al., 2001 Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. The Journal of Neuroscience, 21, 6405-6412.; Thapan et al., 2001 An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. The Journal of Physiology, 535, 261-267.
3 Cajohen et al., 2005 High sensitivity of human melatonin, alertness, thermoregulation, and heart rate to short wavelength light. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 90, 1311-1316.
Intensitet
Effekten af lysintensitet
Dæmpning af melatonin starter ved 30 lux og stopper ved ca. 1.000 lux i øjenhøjde. Når vi ved, at melatonin topper over 1.000 lux i øjenhøjde, kan det bruges som retningslinje for et maks. niveau. Det kan omformuleres til en vertikal belysning (Ev), eller en cylindrisk belysning Ez, på 1000 lux. (Ældre mennesker med nedsat syn har brug for et højere belysningsniveau). I 2019 fremlagde Underwriters Laboratories (UL) nye anbefalinger for luxniveauet, for at opnå melatonindæmpning. Anbefalingen lyder på 254 lux på øjet (målt lodret) under forudsætning af indirekte lys, og en farvetemperatur på 5000 kelvin. Hvis farvetemperaturen eller lysfordelingen ændres, vil det anbefalede luxniveau også skulle ændres. Vi bruger dette som basis, når vi tilpasser vores Human Centric Lighting løsninger.
Underwriters Laboratories (UL) anbefaler 254 lux i øjenhøjde under forudsætning af indirekte lys og en farvetemperatur på 5000 kelvin.
På grund af de fysiske love vil horisontal belysning på en arbejdsoverflade (0,75 m over gulvniveau) være 2 eller endda 3 gange højere end i øjenhøjde. Det kan give store udfordringer med hensyn til blænding og energiforbrug. Vores anbefalinger er derfor at reducere lysniveauet til maks. 250-350 lux i øjenhøjde (svarende til ca. 750-1.000 lux på arbejdsbordet) og i stedet forlænge eksponeringstiden. Det reducerer ikke nødvendigvis energiforbruget, men det vil give bedre lysforhold.
EN 12464-1 (2021)
Den nye standard EN 12464-1: 2021 indeholder et bilag B med yderligere information om visuelle og ikke-visuelle (ikke-billeddannende) effekter af lys. Dette appendiks fremhæver vigtigheden af, at overveje lysets ikke-visuelle effekter, når man planlægger et belysningssystem. Den nye standard vedrører nu to horisontale belysningsstyrkeniveauer - et påkrævet og en modificeret belysningsstyrke. For et typisk arbejdsmiljø – f.eks. et kontor - er den nødvendige værdi µm, 500 lx og den ændrede værdi er µm, 1000 lx. Det giver blandt andet mulighed for at implementere et lysanlæg, hvor lysintensiteten ændrer sig i løbet af dagen, for at øge folks velvære og stabilisere deres døgnrytme.
Hvad er cylindrisk belysning?
EN 12464-1 anbefaler mere lys på menneskers ansigter, for at forbedre betingelserne for visuel kommunikation. I områder, hvor god visuel kommunikation er vigtig, især på kontorer og i møde- og undervisningslokaler, skal Ēz ikke være under 150 lux med U0 ≥ 0,10. Hvis man forestiller sig menneskers hoveder som cylindre, er den cylindriske belysning gennemsnittet af alt det lys (målt i lux), der falder på cylinderen.
Cylindrisk belysningsstyrke (Ēz) er gennemsnittet af alt det vertikale lys, der rammer en imaginær cylinder.
Ēz er måske ikke det mest præcise udtryk for belysning i øjenhøjde, hvor vi ønsker, at lyset skal ramme, men det er en pragmatisk tilgang med mange fordele. Den første er, at det er en måleenhed, som belysningsplanlæggeren allerede forstår og bruger, og det er en værdi der henvises til i EN 12464-1. Men vi bør også bruge lodrette lysniveauer (Ēv) som en faktor, og fordelen ved at bruge Ēv er, at disse lysniveauer kan verificeres gennem måling. Ēv refereres også til belysningsstyrken på øjet i synsretningen. Forholdet mellem Ēv/ Ēz, målt og beregnet på et aktivitetsniveau 1,2 m over gulvet for mennesker, der sidder ned, og arbejdsområdebelysning Ēv, ved 0.75 m er mellem 1:2 or 1:3. Derfor er lyset i øjenhøjde ofte lavere end lyset på arbejdsbordet.
Vedligeholdelsesfaktor
LLMF (Lamp Lumen Maintenance Factor) eller lumenvedligeholdelsesfaktoren for Human Centric Lighting løsninger skal holdes på 1,0. Det er, fordi en belysningsinstallation dimensioneret til en Ēz på 250-300 lux, vil have tilstrækkeligt lys til at opfylde kravene med hensyn til både visuel arbejdsbelysning og de ønskede biologiske virkninger. Med tiden vil lumenoutputtet blive mindre men stadig tilstrækkeligt til at udføre visuelle opgaver. Konsekvensen er imidlertid, at eksponeringen for lys, der påvirker døgnrytmen skal forlænges, for at opnå samme effekt som i begyndelsen. Da der ikke findes nogen retningslinjer for niveauet af LLMF eller varigheden heraf, anbefaler vi, at LLMF sættes så højt som muligt.
Kilder
1 M. Gibbsa,b, S. Hamptona, L. Morganb, J. Arendta, 2002. Adaptation of the circadian rhythm of 6-sulphatoxymelatonin to a shift schedule of seven nights followed by seven days in offshore oil installation workers.
2 Smith, Revell & Eastman, 2009; Smith and Eastman, 2009 Phase advancing the human circadian clock with blue-enriched polychromatic light.
Timing og varighed
Forstå effekten af den rette timing og varighed
De ikke-visuelle effekter af lys påvirkes af tidspunktet på dagen.
Lyset om morgenen er det mest effektive. Det fortæller vores biologiske ur, at dagen er begyndt, og at kropsfunktionerne skal aktiveres. Modsat vil lys om aftenen dæmpe melatoninproduktionen og gøre det sværere at falde i søvn. Lys om aftenen, inden kropstemperaturen falder til sit minimum (nadir), kan resultere i forsinkelse af døgnrytmen, mens lys tidligt om morgenen (efter nadir) kan rykke døgnrytmen frem. Den umiddelbare indvirkning på årvågenhed er imidlertid uafhængig af tidspunktet på dagen. Effekten på vedvarende opmærksomhed er kun markant om morgenen (1).
I Bilag B i EN12464-1 (2021) standarden, som indeholder yderligere information om de visuelle og ikke-visuelle (ikke-billeddannende) effekter af lys, angiver vigtigheden af det daglige mønster af mørke- og lyse cyklusser. Dette er især vigtigt omkring og under søvnperioder. Den angiver også, at en vis ændring i balancen i lysspektret kan være nyttig til at stabilisere døgnrytmer på forskellige tidspunkter af dagen.
Den menneskelige psyke spiller også en rolle med hensyn til timingen af ændringer af farvetemperaturen. Foretrukne belysningsindstillinger kan variere alt efter tidspunktet på dagen. Derfor skal brugerne have mulighed for selv at justere farverne, gerne når risikoen for forsinkelse eller fremrykning af døgnrytmen er lavere.
En tommefingerregel er, at jo længere tid man eksponeres, jo større er ændringen af døgnrytmen (2). Men dette forhold er ikke nødvendigvis lineært. Det kan være, at mennesker er mere følsomme over for lys i begyndelsen af eksponeringen (3). Eksponering for stærkt lys i korte perioder kan også medføre en ændring af døgnrytmen. Øjeblikkelig indvirkning på subjektiv årvågenhed ved klart lys er dog ikke afhængig af varigheden af eksponeringen. I stedet kræves løbende eller gentagen eksponering for at opnå aktivering (4).
Derfor er det svært at give klare retningslinjer med hensyn til varighed. Der skal laves et kompromis mellem personlige præferencer, den ønskede døgnrytmeændring og energiforbruget. En hypotese for vores Human Centric Lighting installationer er at levere blåligt lys sent om morgenen, så natuglerne får mulighed for at nå forbi deres min. kropstemperatur. Og vi anbefaler at give brugerne adgang til lys, der øger årvågenheden, i moderate tidsrum i løbet af dagen. Dette kunne implementeres ved at kombinere en forudprogrammeret belysningscyklus med individuel styring af farvetemperaturer og dæmpningsniveauer.
Kilder
1 Smolders et al.2012 A higher illuminance induces alertness even during office hours: findings on subjective measures, task performance and heart rate measures. Physiology & Behavior, 107, 7-16.
2 Chang et al., 2012 Human responses to bright light of different durations. Journal of Physiology, 590, 3102-3112.; Dewan et al., 2011 Light-induced changes of the circadian clock of humans: Increasing duration is more effective than increasing light intensity. Sleep, 34, 593-599.
3 St.Hilaire et al., 2012 Human phase response curve to a 1 h pulse of bright white light. Journal of Physiology, 590, 3035-3045 and Rimmer et al., 2000 Dynamic resetting of the human circadian pacemaker by intermittent bright light. American Journal of Physiology – Regulatory Integrative and Comparative Physiology, 279, 1574-1579.
4 Vandewalle et al., 2009 Light as a modulator of cognitive brain function. Trends in Cognitive Sciences, 13, 429-438.
Lysfordeling
Vigtigheden af korrekt lysfordeling
Lysfordelingen er en kombination af armaturernes egenskaber og deres placering i rummet.
Gangliecellerne i den tredje fotoreceptor er mest følsomme i den nasale og lavere del af nethinden. Det skyldes, at vores øjne skal tilpasse sig naturlige lysforhold, fordi dagslys rammer øjet ovenfra. Da de receptorer, der påvirker vores døgnrytme, er særligt følsomme i den nasale og lavere del af øjet, anbefales det at belyse områder i den øverste del af synsfeltet. Dvs. at oplyse loftet og de vertikale overflader i rummet. Lys, der kommer fra den korrekte vinkel må ikke opfattes som irriterende blænding. Dette kan opnås med store oplyste flader i loftet i kombination med wallwashers, eller gennem nedhængte armaturer med indirekte lys.
Den nye reviderede EN 12464-1 (2021) standard omfatter vigtigheden af rummets lysforhold i anbefalingerne for at forbedre brugernes velvære og årvågenhed. Standarden indeholder minimumsværdier for lysstyrken af vægge, lofter og cylindriske elementer. I et typisk arbejdsmiljø, som en uddannelsesinstitution eller et kontor, bør minimumslysstyrken (µv-værdi) for vægge være 150 lx og for lofter 100 lx. Den cylindriske minimumværdi (Ēz) skal være 150 lx.