Zirkadianes Licht: Fit für den Tag mit dem richtigen Licht?

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Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Studie testet dynamische LED-Beleuchtung

Ziel der Forschung ist es schon länger, biologisch wirksames Licht künstlich herzustellen. Im Rahmen des Verbundprojekts ILIGHTS hat das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT ein intelligentes LED-System entwickelt, das eine dynamische Beleuchtung ermöglicht, sodass neben der Intensität auch einzelne Wellenlängenbereiche des Lichtspektrums präzise regulierbar sind oder der Tagesverlauf der Sonne nachgebildet werden kann. In dem Projekt wurde das Beleuchtungssystem erstmalig unter Realbedingungen erforscht: „Dazu haben wir im BMW-Werk in München in einem Produktionsabschnitt eine Lichtanlage aus etwa 206 LED-Lampen installiert“, so Rasit Özgüc, der das Projekt auf Seiten von Fraunhofer UMSICHT leitet. Die Effekte der Anlage wurden seit dem 4. Oktober 2017 im Rahmen einer Studie an 90 Schichtarbeitern des BMW-Montagewerks gemessen.

Die Studie war in vier Phasen aufgeteilt, die jeweils vier Wochen dauerten. Um die optimale Einstellung der Beleuchtungsanlage zu finden, wurden die BMW-Arbeiter in jeder Phase einer anderen Lichtszenerie ausgesetzt, d.h. die spektrale Zusammensetzung des Lichts änderte sich alle vier Wochen. Da der Schlaf nach einer Spätschicht erfahrungsgemäß am schlechtesten ist, berücksichtigte die Studie auch den Einfluss unterschiedlicher Spektren in Abhängigkeit zur Tageszeit. Licht mit einem hohen Blauanteil im Farbspektrum (465 bis 485 Nanometer) wirkt beispielsweise besonders stimulierend, da es die Ausschüttung des Aktivierungshormons Cortisol anregt. In der Spätschicht kann Beleuchtung mit aktivierendem Licht jedoch kontraproduktiv auf den anschließenden Schlaf wirken, weil Cortisol die Produktion des Schlafhormons Melatonin unterdrückt.

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Mobile Sensorik misst Vitalparameter und individuellen Lichtkonsum

Mobile Sensorik bestimmte die Vitalparameter (Aktivitäts- und Schlafdaten) sowie den individuellen Lichtkonsum der Schichtarbeiter, die an der Studie teilnahmen. Über den individuellen Lichtkonsum lässt sich feststellen, welche Lichtmenge und -farbe im Schichtverlauf maßgeblich für die entsprechende Wirkung verantwortlich ist – sprich: bei welchem Licht ein Teilnehmer besser schlafen konnte. Das für die Studie von Fraunhofer UMSICHT entwickelte Sensormodul misst neben der Beleuchtungsstärke und Lichtfarbe auch Faktoren wie Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit im Umfeld eines jeden Studienteilnehmers, die das Schlafverhalten ebenfalls beeinflussen könnten.

Das Sensormodul trugen die Schichtarbeiter in allen vier Studienphasen über ein Cappy am Kopf, um den Lichteinfall in die Augen möglichst natürlich zu simulieren. Die Smartwatch, die die Vitalparameter bestimmte, wurde von den Teilnehmern dauerhaft getragen. Außerdem führten Ärzte des Krankenhauses Porz am Rhein (Konsortialpartner) regelmäßig pupillographische Messungen zur Bestimmung der Wachheit durch und befragten die BMW-Arbeiter nach ihrem Gesundheitsstatus, ihrer emotionalen Befindlichkeit sowie zur Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit. Diese Daten in Verbindung mit dem Lichtkonsum und den Vitalparametern sollen den Einfluss von Kunstlicht auf Schichtarbeiter darstellen.

Die ILIGHTS-Studie im BMW-Werk lief bis Ende Februar 2018. „Die Teilnehmer wünschen sich bei der Arbeit Lichtverhältnisse, die dazu beitragen, dass sie auch nach der Spätschicht besser einschlafen können“, sagt Projektleiter Rasit Özgüc. „Mit unseren Ergebnissen hoffen wir, am Ende das Licht so einstellen zu können, dass es langfristig und nachhaltig das Wohlbefinden und die Gesundheit der Mitarbeiter im Schichtbetrieb steigert.“ Die gewonnenen Daten können darüber hinaus auch in empirisch abgesicherte Planungs- und Produktkonzepten zur Gebäudeleittechnik überführt werden. Zusätzliche Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Schulen, Seniorenheime oder Krankenhäuser. Im Projekt SILVERlighting untersucht das Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit weiteren Partnern seit 2016 das biodynamische Beleuchtungssystem in einer Wohngemeinschaft demenzerkrankter Menschen in Duisburg.

Das Verbundprojekt ILIGHTS läuft von Juni 2016 bis Oktober 2018 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative „Intelligente Beleuchtung“ finanziell unterstützt.

* I. Kumpmann, S. Wehr-Zenz: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, 46047 Oberhausen

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