Licht ermöglicht uns das Sehen, aber seine Wirkung ist noch lange nicht vorbei. Bereits in seiner Habilitationsschrift von 1948 unterschied Dr. Hollwich, ein bekannter deutscher Augenarzt und Autor von Lehrbüchern über Augenheilkunde, zwischen dem visuellen und dem energetischen (nicht visuellen) Übertragungsweg des Lichts. [1]

Die visuellen Wirkungen des Lichts sind gut bekannt, es gibt drei Arten von Zapfen für das farbige Tagessehen: blau (S) - Cyanolab, grün (M) - Chlorolab, rot (L) - Erythrolab und Stäbchen für das nicht farbige Nachtsehen (R) - Rhodopsin. Die Absorption eines Photons im Farbstoff löst eine biochemische Reaktion aus, die eine elektrische Ladung erzeugt, die zu einer Erregung verarbeitet wird, die an das Nervensystem weitergeleitet wird. Siehe Abbildung 2 für Wellenlängen und spektrale Wirkungsgrade.

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Die Hypothese eines weiteren Photorezeptors auf der Netzhaut geht auf das Jahr 1923 zurück, als sein Vorhandensein zur Erklärung der Photoreaktion der Pupillen von Mäusen herangezogen wurde, die keine funktionierenden Stäbchen oder Zapfen besaßen. Aber erst 1991 wurden die lichtempfindlichen Ganglienzellen (iPRGCs) in der Netzhaut der Maus entdeckt. Dabei handelt es sich um Neuronen, die mit Melanopsin ausgestattet sind, einer anderen Art von Augenfarbstoff mit einer spezifischen spektralen Empfindlichkeit (Kurve C in Abbildung 2) mit einem Maximum im blauen Bereich: 450-482 nm. Im Jahr 2007 entdeckte das Team von Professor Russell G. Foster diese Neuronen in der menschlichen Netzhaut. Ein Jahr später wurde Prof. Foster zum Fellow der Royal Society gewählt.

Funktionen der lichtempfindlichen Ganglienzellen der Netzhaut:
▪ Synchronisation der zentralen biologischen Uhr
▪ Kontrolle des Melatoninspiegels im Blut
▪ Photoreaktion der Pupillen
▪ möglicherweise Beitrag zur visuellen Wahrnehmung

Die zentrale biologische Uhr befindet sich im Mesenchym, insbesondere im Hypothalamus oberhalb der Sehnervenkreuzung (suprachiasmatischer Kern, SCN). Es handelt sich um eine Gruppe von etwa zwanzigtausend Neuronen, die die zentrale biologische Uhr der Säugetiere bilden. Beim jungen Menschen beträgt ihre freie Periode (d. h. ohne Synchronisation) etwas mehr als 24 Stunden. Ihr Rhythmus wird als annähernd diurnal bezeichnet, d. h., vom lateinischen circa dies, zirkadian. Mit zunehmendem Alter verkürzt sich dieser Zyklus (mit großen individuellen Unterschieden). Ihr Schlagen äußert sich durch das An- und Abschalten bestimmter Gene. Nach dieser zentralen Uhr synchronisieren sich die zellulären Uhren jedes Organs im Körper mit ihren Tageszyklen. Die Synchronisation der Zentraluhr, d. h. die Festlegung des subjektiven Tagesbeginns, erfolgt hauptsächlich durch die Einwirkung des Morgenlichts, aber auch die Nahrungsaufnahme oder soziale Kontakte haben einen Einfluss. Es handelt sich also nicht nur um eine biologische, sondern auch um eine soziale Synchronisation.

Zeitliche Abläufe und Zyklen in der Welt der Lebewesen sind das Thema der Chronobiologie, einer Wissenschaft, die in den 1950er Jahren von Prof. Franz Halberg (1919-2013), einem amerikanischen Wissenschaftler rumänischer Herkunft, mitbegründet wurde. Die berühmteste tschechische Chronobiologin ist Prof. Helena Illnerová, die mit ihrem Team als erste auf der Welt entdeckte, dass die Melatoninproduktion in der Zirbeldrüse von der biologischen Uhr im Gehirn gesteuert wird.

Bei unzureichenden morgendlichen Lichtreizen verzögert sich der subjektive Tagesbeginn und das morgendliche Unwohlsein verlagert sich in die Morgenstunden und geht mit einer Abnahme der Leistungsfähigkeit und Wachsamkeit einher. Helles Morgenlicht, vorzugsweise Sonnenlicht bei Spaziergängen in der Natur, aber auch künstliches Licht (im Winter, wenn der Himmel bedeckt ist) hilft dem Menschen, aktiv und wach in den Tag zu gehen. Helles Licht ist von großer Bedeutung bei der Behandlung von Depressionen, nicht nur von saisonalen (SAD), sondern auch von nicht saisonalen. Untersuchungen [2] zufolge ist die Wirkung von Licht durchaus mit der von Antidepressiva vergleichbar. Untersuchungen [3] zufolge kann an vielen Arbeitsplätzen die Arbeitsproduktivität gesteigert und die Fehler-, Unfall- und Krankheitsrate gesenkt werden, wenn die Beleuchtungsintensität erhöht wird.

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Bei Schichtarbeitern ist dieser zirkadiane Rhythmus in der Regel gestört. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat Schichtarbeit mit gestörten zirkadianen Rhythmen als Gruppe 2A eingestuft, d. h. als wahrscheinlich krebserregend für den Menschen. Die Bedeutung regelmäßiger Schlafzyklen und wechselnder Lichtintensitäten wird in unserer Gesellschaft wahrscheinlich immer noch nicht in vollem Umfang gewürdigt.

Licht wirkt auch über den Retinohypothalamus-Trakt (RHT) auf den Melatoninspiegel im Blut. Dies ist eine Art Hotline des Sehnervs, unabhängig von der visuellen Wahrnehmung. Melatonin ist ein Schlafhormon, hilft bei der täglichen Regeneration des Körpers, fängt freie Radikale ab und wirkt sogar der Entartung von Zellen entgegen. Abends (bei wenig Licht) steigt sein Spiegel an, erreicht nach Mitternacht seinen Höhepunkt und sinkt bis zum Morgen allmählich ab (siehe Abbildung 1). Bei viel Licht ist sein Spiegel minimal und es tauscht seine Rolle mit Cortisol, dem Aktivitäts- und Stresshormon. Der Wechsel zwischen diesen beiden Hormonen entspricht dem individuellen biologischen Tag und der Nacht. Daher ist es ratsam, tagsüber viel Licht zu haben (denken Sie an unsere Vorfahren, die hauptsächlich im Freien arbeiteten) und nachts eine gute Qualität der Dunkelheit ohne störendes Licht zu haben.

Aus der Divergenz der V(λ)- und C(λ)-Kurven in Abbildung 2 wird deutlich, dass verschiedene Lichtquellen bei gleicher Intensität unterschiedliche Anteile der zirkadianen (blauen) Aktivierungskomponente haben können. Es wurden mehrere Größen für den Vergleich der Lichtquellen vorgeschlagen, die jedoch unterschiedliche Tücken haben. Daher schlug der Autor die Größe Ac [4] vor, die es ermöglicht, Lichtquellen nicht nur untereinander, sondern auch mit Tageslicht zu vergleichen. Die Definition von Ac berücksichtigt auch die zukünftige Aktualisierung der Wellenform C(λ). Die Größe Ac vergleicht ein bestimmtes Licht mit dem Tageslicht D65 in Bezug auf den zirkadianen Effekt.

Nach Tabelle 1 liefert Glühlampenlicht also nur etwa ein Drittel der aktivierenden Komponente im Vergleich zum Tageslicht bei gleicher Beleuchtungsstärke. Glühbirnen und andere warme Lichtquellen eignen sich für die Beleuchtung am Abend, weil sie die Melatoninausschüttung nicht stören. Warmes Licht ist (nach dem Kruithof-Diagramm) bei niedrigen Beleuchtungsstärken angenehm.

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Bei der Arbeitsplatzbeleuchtung hingegen ist ein hoher Anteil der aktivierenden Komponente (Ac → 100) von Vorteil. Hier gibt es allerdings einen deutlichen Unterschied zwischen den verschiedenen Quellen. Leuchtstofflampen mit einem neutralen Weißton (gekennzeichnet mit 840, Cool White) liefern bei gleicher Beleuchtungsstärke nur etwa 55 % aktivierendes Licht im Vergleich zu kühlem Tageslicht. Besser schneiden Leuchtstofflampen mit einem kühlen Tageslichtweißton (bezeichnet mit 865, Daylight) ab, bei denen der Anteil des aktivierenden Anteils nahe am Tageslicht liegt. Beide Varianten entsprechen jedoch nicht der Norm [5] für die Beleuchtung in Zahnarztpraxen.

In Arztpraxen und anderen ausgewiesenen Bereichen des Gesundheitswesens trifft man (leider) häufig auf Leuchtstofflampen mit Ra ≈ 80 (840/865). Die Norm [5] schreibt für Arztpraxen Lichtquellen mit Ra > 90 vor. Solche Leuchtstofflampen sind z.B. mit 965 oder Vollspektrum gekennzeichnet. Die Farbwiedergabe, insbesondere von tiefen Rot- und Gelbtönen, ist für die Diagnostik entscheidend. Bei Tageslicht oder im Licht von Quellen mit Ra > 90 ist es beispielsweise möglich, eine Zyanose oder Gelbsucht bei einem Patienten sicher zu erkennen, während dies im Licht von Leuchtstofflampen mit Ra ≈ 80 praktisch unmöglich ist, da die entsprechenden Wellenlängen (bestimmte Gelb- und Rottöne) in ihrem Spektrum im Wesentlichen fehlen.

Das Auge ist mit einer automatischen Weißabgleichsfunktion ausgestattet - ähnlich wie bei einer Digitalkamera. Diese Funktion ermöglicht uns eine natürliche Farbwahrnehmung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen (Farben), aber auch die Anpassung an weniger geeignetes Licht, das wir nach einiger Zeit als akzeptabel empfinden. Um das Licht in der Praxis zu testen, gewöhnen Sie sich einfach daran (mindestens 10 Minuten, wobei Sie das Licht von außen so gut wie möglich abschirmen) und schauen Sie dann aus dem Fenster auf das Tageslicht. Wenn es Ihnen zu blau vorkommt, verwenden Sie wahrscheinlich Lichtquellen mit einer niedrigen Farbtemperatur und damit einem niedrigen Ac. Im Idealfall werden Sie keinen Unterschied bemerken. Sie müssen einen ersten Eindruck vermitteln, wenn der Unterschied am deutlichsten ist.

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Licht und Dunkelheit sind Polaritäten, die schon lange vor uns da waren und die wir buchstäblich in unseren Genen kodiert haben. Mit unzureichendem oder unangemessenem Licht am Tag und ablenkendem Licht in der Nacht stören wir diese Polaritäten. Welcher Grad der Störung noch akzeptabel und welcher bereits störend ist, ist Gegenstand von Forschung und Diskussion, in die sicherlich auch wirtschaftliche Faktoren einfließen werden. Doch es bedarf nur weniger Maßnahmen, um beispielsweise die Beleuchtung am Arbeitsplatz zu erhöhen oder die Beschattung im Schlafzimmer zu verbessern, und wir können diese Polaritäten wieder auf unsere Seite bringen.

Literatur:

[1] HOLLWICH, Fritz. Der Einfluß der okularen Lichtwahrnehmung auf den Stoffwechsel bei Mensch und Tier. New York: Springer-Verlag, 1979, 129 S. ISBN 0387903151.

[2] LAM, R. W. et al: The Can-SAD Study. Am J Psychiatry, 2006, Nr. 163, 805-812.

[3] BOMMEL VAN, W. J. M. - BELD VAN DEN, G. J. - OOYEN VAN, M. H. F.: Industrielle Beleuchtung und Produktivität. Philips Beleuchtung. August 2002.

[4] FUKSA, A.: Licht und die biologische Uhr. Licht, 2010, Nr. 6, S. 56-58.

[5] EN 12464-1. Licht und Beleuchtung - Beleuchtung von Arbeitsstätten: Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen. Ausgabe 2012. Prag: ÚNMZ, 2012.

Autor. Antonín Fuksa
Veröffentlicht in Era21 3/2014