Manipulator Licht Mehr Leistung durch die richtige Beleuchtung

Redakteur: Andrea Gillhuber

Mit Licht sinkt und steigt die Stimmung und die Produktivität. Und durch Licht lässt sich beides manipulieren. Nicht nur die Wissenschaft beschäftigt sich mit dieser Tatsache, auch Industrie und Wirtschaft haben das Licht als Manipulator entdeckt.

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Lichtwecker für messbar sanftes Aufwachen: 30 Minuten vor der Weckzeit erhöht er nach und nach die Beleuchtungsstärke, simuliert so einen Sonnenaufgang.
Lichtwecker für messbar sanftes Aufwachen: 30 Minuten vor der Weckzeit erhöht er nach und nach die Beleuchtungsstärke, simuliert so einen Sonnenaufgang.
(Bild: licht.de)

Frühlingsgefühle oder Winterdepression – in beiden Fällen spielt das Licht eine große Rolle. Im Frühling fühlt man sich durch die wieder helleren und längeren Tag fitter, ist besser gelaunt und der eigene Antrieb steigt, während im Winter eher gegenteilige Aspekte auftreten. Die „dunkle Jahreszeit“ empfinden viele Menschen eher als psychisch belastend und ermüdend. Der Mensch und auch seine Körperfunktionen sind an den Tagesablauf und an die Jahreszeiten gebunden. In diesen Zyklen ändert sich auch das individuelle Befinden und die Leistungsfähigkeit der einzelnen Personen; es gibt individuelle Hoch- und Tiefpunkte.

Warum dies so ist, haben Wissenschaftler erst vor wenigen Jahren wirklich herausgefunden. Bis zu diesem Zeitpunkt waren nur zwei Rezeptoren bekannt beziehungsweise in der Wissenschaft anerkannt: Zapfen und Stäbchen. Erstere sind für das Farbsehen verantwortlich, die lichtempfindlicheren Zäpfchen ermöglichen das Sehen auch bei geringer Beleuchtung. Diese beiden Rezeptoren sind für die Bilderkennung zuständig.

Erst im Jahr 2002 entdeckten Forscher einen dritten Lichtrezeptor: Diese fotosensitiven Ganglienzellen in der Netzhaut haben keinen Einfluss auf die Funktion der Bilderkennung selbst, sondern sind eigenständig lichtempfindlich und enthalten ein besonderes Fotopigment, das Melanopsin. Dieses reagiert verstärkt auf die Blauanteile im Licht, welche über den Tag hinweg variieren. Damit dienen die Melanopsinrezeptoren der Regelung des Tag-Nacht-Rhythmus, sprich: dem circadianen Rhythmus. Dieser läuft in Zyklen von rund 24 Stunden ab, wird im Allgemeinen als „innere Uhr“ bezeichnet und bestimmt zudem den Schlaf-Wach-Rhythmus.

Blaues Licht – gut oder böse?

Der variierende Blauanteil im Licht beeinflusst über diese Ganglienzellen den Hormonhaushalt des menschlichen Körpers. Gegen Abend, wenn der Anteil an blauem Licht abnimmt, steigt der Melatoninwert im Blut und der Organismus fährt herunter; während dieser Phase regenerieren sich die Zellen. Gegen Morgen produziert die Nebennierenrinde das Stresshormon Cortisol und regt somit den Stoffwechsel an. Der steigende Blauanteil im Licht sorgt dafür, dass die Melatoninproduktion unterdrückt wird – der Mensch wird aktiv. Zum späten Nachmittag hin wiederholt sich der Kreislauf.

Cortisol und Melatonin wirken antizyklisch: Morgens produziert der Körper Cortisol. Gegen 9 Uhr ist es im Blut maximal konzentriert, fällt über den Tag dann kontinuierlich ab. Die Melatoninproduktion setzt erst am Abend wieder ein. Um 3 Uhr nachts ist der Melatoninspiegel am höchsten.
Cortisol und Melatonin wirken antizyklisch: Morgens produziert der Körper Cortisol. Gegen 9 Uhr ist es im Blut maximal konzentriert, fällt über den Tag dann kontinuierlich ab. Die Melatoninproduktion setzt erst am Abend wieder ein. Um 3 Uhr nachts ist der Melatoninspiegel am höchsten.
(Bild: licht.de)

So weit die Theorie und die Intention der Natur. Durch künstliche Lichtquellen wird dieser Kreislauf jedoch beeinflusst. Die höchste Empfindlichkeit der Ganglienzellen liegt in etwa bei einer Wellenlänge von 460 nm; sie werden daher von Lichtquellen mit hohen Blauanteilen, sprich: mit hoher Farbtemperatur, besonders angeregt. Vor allem kaltweiße Lichtquellen mit einer Farbtemperatur ab 6500 K regen an. Studien belegen, dass kühlweißes oder auch bläuliches Licht am Abend zu Schlafstörungen führen kann.

Das künstliche Licht verzögert die Melatoninproduktion und der Mensch kann schlechter einschlafen und schläft weniger tief. Dabei ist es unerheblich, ob das Licht von einer Leuchte oder einem elektronischen Gerät erzeugt wird. Smartphone- und Tablethersteller haben darauf reagiert. So hat beispielsweise Apple mit dem Systemsoftware-Update iOS 9.3 einen Nachtmodus bereitgestellt. Mit der sogenannten Night-Shift-Funktion wird der Blaulichtanteil des Displays in den Abendstunden verringert. Der Filter kann entweder individuell nach Start/Stopp-Uhrzeit eingestellt werden oder aber über die aktuelle Geo-Position „von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang“. Auch im aktuellen Samsung S8 wurde der Blaulichtfilter als Standardfunktion mit aufgenommen. So beeinflussen exzessive Smartphonenutzer durch zu viel Handykonsum vor dem Schlafengehen nicht mehr ihre Schlafqualität.

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Weckerhersteller nutzen für sich den gegenteiligen Effekt: Sogenannte Lichtwecker simulieren einen Sonnenaufgang und wecken den Schlafenden so sanft durch die Änderung der Lichtverhältnisse auf. Dadurch fühlt man sich entspannter und aktiver.

Blaulicht im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 500 nm stellt zudem ein potenzielles Risiko einer fotochemischen Schädigung der Netzhaut dar. Aus diesem Grund haben das VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut und der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. eine Broschüre veröffentlicht, in der sie über die sogenannte Blaulichtgefährdung als Teil der optischen Strahlungsbewertung von Lichtquellen und Leuchten informieren, welche zurzeit noch nicht in allen Beleuchtungsnormen berücksichtigt sind. Für Unternehmen und öffentliche Einrichtungen ist dies vor allem im Zusammenhang mit dem Arbeitsschutz von großer Bedeutung, denn die Europäische Union hat mit der „Richtlinie zum Schutz der Arbeitnehmer gegen tatsächliche oder mögliche Gefährdungen ihrer Gesundheit und Sicherheit durch Exposition gegenüber künstlicher optischer Strahlung während der Arbeit“ eine rechtliche Grundlage geschaffen.

Der Branchenverband ZVEI beschäftigt sich auch darüber hinaus mit dem Thema und hat deshalb das Portal „„licht.de“ auf die Beine gestellt, welches umfangreiche technische und wissenschaftliche Informationen rund um das Thema Licht bereitstellt. Hier gibt der Verband auch Empfehlungen für eine optimale Ausleuchtung von Büro- und Industriearbeitsplätzen im Rahmen der Norm DIN EN 12464-1.

So weit die Hintergrundinformationen und die direkten Auswirkungen von Blaulicht auf die körperliche Gesundheit.

Durch Licht Leistungen beeinflussen

Licht beeinflusst den Menschen aber auch auf andere Weise. Dabei gehen die Effekte über die visuelle Wahrnehmung wie Helligkeit, Farbe oder Kontrast hinaus. Neben den biologischen Einflüssen auf Schlafqualität, Konzentration und Aufmerksamkeit bestimmt Licht auch zu einem bestimmten Grad unser Wohlbefinden wie auch die Stimmung.

Forschung, Wirtschaft, Bildungswesen und auch die Industrie arbeiten daran, sich diese Erkenntnisse zunutzen zu machen. Sie alle sind der Meinung, dass sich das Licht beziehungsweise die Beleuchtung in den Alltagsumgebungen an den natürlichen circadianen Rhythmus anpassen sollte. In diesem Zusammenhang spricht man von „biodynamischem Licht“ oder „Human Centric Lighting“.

In einer Studie untersuchte Osram gemeinsam mit dem Transferzentrum für Neurowissenschaft und Lernen der Universität Ulm Ende 2011, wie sich tageslichtähnliche Beleuchtung auf die Konzentration von Schülern auswirkt. Teil der Fragestellung war auch, ob die Schüler durch das künstliche Licht bei kognitiven Tests besser abschneiden.

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Dazu wurde in den Klassenzimmern eine abgependelte LED-Leuchte verwendet. Zur Direktbeleuchtung betrug die Farbtemperatur 4000 K. Die biodynamische Beleuchtung wurde über ein LED-Modul zur Ausleuchtung der Raumdecke erreicht. Durch die Kombination von blauen und kaltweißen LED wurde eine sehr hohe Farbtemperatur von bis zu 14.000 K erreicht. Sowohl Beleuchtungsstärken als auch Farbtemperaturen wurden dynamisch an die Tageszeit und somit an den biologischen Rhythmus der Schüler angepasst. Im Kontrollgruppenvergleich zeigte sich, dass die biodynamische Beleuchtung positive Auswirkungen auf die Aufmerksamkeitsfähigkeit, die kognitive Leistungsgeschwindigkeit und die Merkfähigkeit der Schüler hatte.

Biodynamisches Licht im Beruf

Nicht nur in Schulen findet die biodynamische Beleuchtung Anwendung. Der Beleuchtungsspezialist Herbert Waldmann GmbH & Co. KG aus Villingen-Schwenningen ist schon früh auf die Wirkung von Licht aufmerksam geworden. Durch den intensiven Austausch mit seinen Kunden aus dem Pflegebereich hat das Unternehmen frühzeitig erkannt, dass sich Senioren und insbesondere Demenzerkrankte oftmals rund um die Uhr in Innenräumen befinden und wenig Zugang zu natürlichem Tageslicht haben. Eine enge Verbindung zur Wissenschaft und eine aktive Gremienarbeit haben dazu geführt, dass sich Waldmann die damals neuen Forschungsergebnisse in dem Zusammenhang zunutzen gemacht und mit Pulse VTL (Visual Timing Light) eine biodynamische Beleuchtungslösung entwickelt hat. Seitdem realisierte der Beleuchtungsspezialist über 250 VTL-Installationen im Pflege- und Gesundheitsbereich.

Die Erfahrungswerte fließen seit drei Jahren in biodynamische Lichtlösungen für Büroanwendungen ein und nun auch sukzessive in die Industriebeleuchtung.

Der Cortisol- (blau) und der Melatoninspiegel (orange) des Körpers verändern sich im Tagesverlauf. Mit der Beleuchtungslösung Pulse VTL sorgt Waldmann für eine optimale Arbeitsplatzbeleuchtung über den Tag hinweg.
Der Cortisol- (blau) und der Melatoninspiegel (orange) des Körpers verändern sich im Tagesverlauf. Mit der Beleuchtungslösung Pulse VTL sorgt Waldmann für eine optimale Arbeitsplatzbeleuchtung über den Tag hinweg.
(Bild: Bild: Waldmann)

Wie das Bild oben zeigt, wird beim Pulse VTL die Beleuchtung an den Tagesverlauf angepasst. Am Morgen unterstützen ein Kalttonlicht sowie eine hohe Beleuchtungsstärke die Aktivität des Stresshormons Cortisol. Gegen Mittag wird das Hormon im Körper abgebaut. Um aber einem Tief aktiv entgegenzuwirken, wird weiterhin überwiegend aktivierendes Kalttonlicht und eine eher hohe Beleuchtungsstärke gewählt. Die Leistungsfähigkeit beziehungsweise Konzentrationsfähigkeit des Menschen wird damit unterstützt. Am Nachmittag steigt der Melatoninspiegel des Menschen an, jedoch ist die Produktion des Schlafhormons zu diesem Zeitpunkt noch nicht gewünscht. Diese Übergangszeit zum Ende des Arbeitstages wird mit einem neutralen Mischlicht begleitet. Das heißt, die Beleuchtungsstärke wird sukzessive verringert und ein entspannendes Warmtonlicht wird realisiert.

Biodynamische Beleuchtung beeinflusst den Hormonhaushalt des Menschen in gewisser Weise. Durch den kontrollierten Cortisolspiegel tagsüber fällt der Melatoninspiegel nachts etwas höher aus, sodass der Mensch besser schläft und am nächsten Tag ausgeruht an die Arbeit gehen kann. Dadurch wird der Mitarbeiter konzentrierter.

Licht gegen Ermüdung

Waldmann hat das Lichtkonzept in der Sensortechnikfertigung von Kistler Instrumente entwickelt. Durch das richtige Licht in der Produktion können Fehler minimiert werden.
Waldmann hat das Lichtkonzept in der Sensortechnikfertigung von Kistler Instrumente entwickelt. Durch das richtige Licht in der Produktion können Fehler minimiert werden.
(Bild: Waldmann)

Doch nicht nur im Büro ist die richtige Beleuchtung von hoher Bedeutung, auch in der Montage spielt sie eine große Rolle. Das Hightech-Unternehmen Kistler Instrumente installierte an seinem Fertigungsstandort für Sensortechnik in Sindelfingen eine ergonomische Beleuchtung für Produktionsarbeitsplätze. Letztere sind mit Mikroskopen ausgestattet. Blickt ein Mitarbeiter von diesem auf, ändert sich der Lichteinfall und die Pupille reagiert. Waldmann installierte eine spezielle Beleuchtung, welche sich an die der Mikroskope anpasst. So wird die Anstrengung für die Augen minimiert, der Mitarbeiter ermüdet nicht mehr so schnell und wird produktiver.

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