Licht und Gesundheit

Heute habe ich ein Phantom kommentiert, das zwar mittlerweile verschwunden ist, aber in der Beleuchtung tiefe Spuren hinterlassen hat. Die Rede ist von der Behauptung, Lichter mit unterschiedlicher Farbe würden zu visuellen Störungen und am Ende gar zur Ermüdung führen. Der einstige Guru der Lichtwissenschaft, Erwin Hartmann schrieb dazu in einem Buch: “Im übrigen ist es wohl selbstverständlich, daß in ein und demselben Raum keine Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe oder Farbwiedergabe verwendet werden dürfen.“ (Erwin Hartmann, in dem Buch Optimale Beleuchtung am Arbeitsplatz, 1977)

Auch ein schwedischer Psychologe, Olov Östberg, hatte sich dem Thema gewidmet und wollte sogar eine Harmonie zwischen den Schriftfarben auf dem Bildschirm (damals gelb oder grün) und der Beleuchtung des Raumes herstellen, damit sich der Bildschirmarbeiter wohl fühlt.

Dem Wunsch nach Harmonie verdanken wir vermutlich die Lichtfarbe neutralweiß in den Büros, die viele Büromenschen rot sehen lässt. Deutsche Führungskräfte, nach ihrem idealen Büro gefragt, antworteten mehrheitlich mit „Arbeitsplatz ohne künstliche Beleuchtung“.
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Forschung, LED, Lichtfarbe, Psychologie, Tageslicht

LEDs sind sehr energieeffiziente Leuchtmittel, deren Leistung auch mal zu hoch wird. Wenn man eine bestimmte Strecke beleuchten will, wie z.B. ein Warenregal im Supermarkt, und dabei nur eine bestimmte Beleuchtungsstärke einhalten muss, kann man entweder die Elemente dimmen oder auseinanderziehen. Das Letztere wird gerne gemacht, weil man damit viel Geld spart.

Nach der letzten Renovierung des Aldi-Marktes vor ein paar Jahren konnte ich den Laden nicht mehr betreten, weil es mir vor den Augen nur so wimmelte. Dies bezog ich auf die Spiegelbilder auf der Ware, die das Sehen eher behinderten anstelle es zu fördern.

Eine neue Studie, die in Lighting Research und Technology erschienen ist, zeigt, dass diskret erkennbare LED-Elemente die psychologische Blendung erhöhen und auch dazu führen, dass man Nachbilder sieht. Diese sind nicht zu verwechseln mit dem Perlschnur-Effekt, der infolge des Flimmerns bei bewegten Objekten oder beim bewegten Auge auftritt.
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Das Ergebnis der Studie erklärt auch, warum manche Schlusslichter von Autos (z.B. von Smarts) mehr stören als andere, die gleich hell sind. Zwar ist die Studie mit Außenleuchten durchgeführt worden. Es scheint aber wahrscheinlich, dass die Blendung bei Büroleuchten ebenso zunimmt, wenn man die Beleuchtungsstärke nicht durch eine gleichmäßig leuchtende Fläche, sondern durch diskret erkennbare Elemente erzeugt.

Diese Vorstellung ist nicht neu und keine Spezialität von LED. Ich hatte den Effekt bereits 1971 bei meiner Dissertation untersucht, weil ich wissen wollte, ob eine Scheinwerferbatterie mehr stört als ein großer Scheinwerfer mit der gleichen Leistung. Die Idee selbst stammt aus den Studien von S.K. Guth aus den 1950er Jahren, auf dessen Arbeiten die heutige UGR-Methode weitgehend beruht.

Das Ergebnis lässt sich vermutlich verallgemeinern: Je mehr Information in der gesehenen Fläche einer leuchtenden Fläche vorhanden ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Blendung.
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Hier die Kurzfassung des Artikels (übersetzt Deepl)

LED-Leuchten mit Öffnungen, die visuell erkennbare helle Punkte enthalten, werden häufig zur Beleuchtung von Außenbereichen eingesetzt. Der Einfluss des Abstands zwischen den LEDs, der die räumliche Frequenz bei einer bestimmten Betrachtungsentfernung bestimmt, auf die durch diese Leuchten verursachte wahrgenommene Unannehmlichkeit ist jedoch nach wie vor unklar. An dieser Studie nahmen 29 Teilnehmer teil, denen in einer dunklen Laborumgebung 68 Reize mit unterschiedlicher räumlicher Frequenz, Intensität, Diffusionsstufe und Umgebungsbeleuchtung gezeigt wurden. Die Teilnehmer berichteten über ihre Erfahrungen mit Unbehagen durch Blendung, die Fähigkeit, einzelne LEDs zu erkennen, und Nachbilder. Die Ergebnisse zeigten, dass eine erhöhte räumliche Frequenz sowohl das Unbehagen als auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Nachbildern verstärkte. Es wird vermutet, dass die Punktstreufunktion des Auges zu diesen Effekten beitrug, wobei die Lichtquellen als eine einzige größere Quelle mit gleicher oder größerer Intensität wahrgenommen wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass bei der Konstruktion von LED-Leuchten Konfigurationen mit niedrigeren räumlichen Frequenzen bevorzugt werden sollten, um das Unbehagen zu minimieren. Zur Vorhersage von Discomfort durch Blendung wird die Verwendung einer einfachen Größe, der direkten Beleuchtungsstärke am Auge, empfohlen, da diese ebenso gut wie andere komplexere Modelle funktioniert.

Abboushi B, Miller N, Royer M, Orman A, Irvin L, Rodriguez-Feo Bermudez E. LED array spatial frequency impacts discomfort and afterimages in a simulated nighttime environment. Lighting Research & Technology. 2026;0(0). doi:10.1177/14771535251400286

Blendung

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Der Berliner Tagesspiegel von heute berichtet von einem Lichtblick für Diabetes-2-Patienten. Die Quintessenz: "Forscher haben Diabetes-Patienten unter Tageslicht und unter Kunstlicht untersucht. Das Ergebnis: Der Stoffwechsel arbeitet stabiler. Das sind immerhin 9 Millionen Menschen in DEutschland, die viel Selbstdisziplin aufbringen müssen: feste Essenszeiten, die korrekte Einnahme der Medikamente, ausreichend Bewegung und Schlaf – all das müssen sie im Auge behalten. nun käme etwas Angenehmeres dazu: Sie sollten auch darauf achten, genug Tageslicht zu bekommen."

Das internationale Forscherteam um Joris Hoeks von der Universität Maastricht ließ 13 Diabetes-Patienten viereinhalb Tage in Räumen verbringen, die entweder mit natürlichem Licht durch große Fenster oder mit künstlichem Licht ausgeleuchtet waren. Es zeigte sich: Unter Tageslicht schwankte der Blutzuckerspiegel der Probanden deutlich weniger. Außerdem lag er in über 50 Prozent der Zeit im Normbereich, was ebenfalls ein beträchtlicher Unterschied gegenüber den 43 Prozent unter Kunstlicht ist. Zudem sprach der Stoffwechsel unter Tageslicht stärker auf die Fettverbrennung an – auch in den Blutwerten war dieser Unterschied erkennbar. „Die Ergebnisse liefern eine starke Begründung dafür, dass sich die Forschung künftig mehr auf den Zusammenhang von Lichtexposition und Stoffwechselgesundheit fokussieren sollte“, resümiert Hoeks. „Und sie wirft weitere Bedenken hinsichtlich der Verbreitung von Büroumgebungen mit wenig Tageslicht auf.“

Die komplette Studie gibt es in Englisch hier. Die Kurzfassung habe ich durch deeple übersetzen lassen: "Da wir 80 % bis 90 % unserer Zeit in Innenräumen verbringen und Tageslicht der wichtigste Synchronisator der zentralen biologischen Uhr ist, wird der chronische Mangel an Tageslicht zunehmend als Risikofaktor für Stoffwechselerkrankungen wie Typ-2-Diabetes angesehen. In einer randomisierten Crossover-Studie (NCT05263232) wurden 13 Personen mit Typ-2-Diabetes während 4,5 aufeinanderfolgenden Tagen während der Bürozeiten entweder natürlichem Tageslicht durch Fenster oder konstantem Kunstlicht ausgesetzt. Die kontinuierliche Glukoseüberwachung ergab, dass die Teilnehmer mehr Zeit im normalen Glukosebereich verbrachten und sich der Substratstoffwechsel des gesamten Körpers bei Tageslicht stärker in Richtung Fettoxidation verlagerte. Primäre Myotuben, die aus Skelettmuskelbiopsien kultiviert wurden, zeigten nach der Tageslichtexposition eine Phasenverschiebung nach vorne. Multi-Omik-Analysen ergaben durch Tageslicht induzierte Unterschiede in Serummetaboliten, Lipiden und Monozyten-Transkripten. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Exposition gegenüber natürlichem Tageslicht einen positiven Einfluss auf den Stoffwechsel von Personen mit Typ-2-Diabetes hat und die Behandlung von Stoffwechselerkrankungen unterstützen könnte."

Die Autoren sind so nett, dass sie eine bebilderte Kurzfassung geliefert haben. Hier ist sie.

Gute Nachrichten für alle, die Linderung für ihre Erkrankung suchen. Allerdings ist Licht nicht das Allheilmittel: Es kann, zur falschen Zeit verabreicht, das Gegenteil verursachen. Licht in der Nacht kann nicht nur als krebserregend eingestuft werden, sondern auch als Risikofaktor für Diabetes. Es gibt über 3600 internationale Studien über die Beziehung von Licht und Diabetes.

Die Wirkung von Tageslicht kann sogar darin gesehen werden, dass Todesfälle bei bestimmten Erkrankungen geringer ausfallen. So haben Forschende aus den USA den Zusammenhang zwischen der Zeit, die bei Tageslicht im Freien verbracht wird, und der Sterblichkeit unter den Teilnehmern der Adventist Health Study 2-Kohorte (das ist eine Gruppe von 83.205 Teilnehmern) untersucht. Die Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Tageslichtexposition und Mortalität (Gesamtmortalität und ursachenspezifische Mortalität: Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE) und Mortalität aufgrund anderer Ursachen als Krebs und HKE).

Nachzulesen in voller Länge in Environmental Epidemiology.
Neue Studie zur nächtlichen Lichtexposition und Diabetes in The Institute for Functional Medicine
Wirkung von Tageslicht im Büro zur Verbesserung der Glukosekontrolle (voller Artikel) (Basis des Tagesspiegel-Artikels)

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Die Lichtbiologie und Chronobiologie untersuchen die vielfältigen Einflüsse des Lichts auf lebende Organismen. Licht steuert nicht nur grundlegende Lebensprozesse wie Wachstum und Ernte in der Landwirtschaft, sondern beeinflusst auch auf verschiedenen Zeitskalen Wahrnehmungen und physiologische Anpassungen beim Menschen.

Während das Auge in Millisekunden auf Lichtreize reagiert und sich innerhalb von Minuten an unterschiedliche Helligkeiten und Farben adaptiert, benötigen tiefgreifendere biochemische Anpassungen, wie die vollständige Dunkeladaption, deutlich länger. Auch die Haut zeigt auf Licht unterschiedliche Reaktionen von akuten Sonnenbränden bis hin zur Vitamin-D-Synthese, die Wochen bis Monate nachwirkt.

Circadiane Rhythmen, gesteuert durch das Molekül Melatonin, sind evolutionär tief verankert und synchronisieren biologische Prozesse mit dem Tag-Nacht-Wechsel – selbst in lichtlosen Tiefseezonen. Die Speicherung von Lichtwirkungen im Körper, etwa durch Vitamin D oder das „Hautgedächtnis“ gegenüber Sonnenstrahlung, illustriert die nachhaltige und vielschichtige Wirkung des Lichts auf das Leben. Dieses Zusammenspiel von Licht und Lebewesen steht im Mittelpunkt der Lichtbiologie und Chronobiologie und zeigt, wie elementar Licht für die biologische Zeit und Gesundheit ist.

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Wenn man lichttechnische Abhandlungen oder Beleuchtungsnormen liest, hat man das Gefühl, man könnte das Licht in Innenräumen lenken, wie man es gerne hätte. So soll z.B. laut DIN EN 12464-1 die Beleuchtungsstärke horizontal (auf den Tischen) wie vertikal (auf den Wänden) und gar auf der Decke gemessen werden. Bei der letzteren Angabe fehlte den Autoren die Fantasie, einen Namen zu geben, denn sie ist die Umkehrung der Horizontalbeleuchtungsstärke. Der Laie hat ohnehin schwer genug, zu verstehen, warum man das Licht mit einem senkrechten Pfeil nach unten anzeigt, aber dann Horizontalbeleuchtungsstärke nennt. Während man das noch mit dem Wissen aus der Geometrie erklären kann, würde die Beleuchtungsstärke an der Decke als umgekehrt-horizontal u.ä. bestenfalls Gelächter hervorrufen.

Nicht lachen kann der Laie hingegen, wenn er liest, an jedem Punkt einer Arbeitsstätte müsse die zylindrische Beleuchtungsstärke angegeben werden. Wenn er dann einen Fachmann fragt, was das ist, erklärt ihm dieser den Begriff mit diesem Bild. Es stammt von der Firma Trilux, sieht sehr schön aus. Ist aber falsch. Denn es zeigt die halb-zylindrische Beleuchtungsstärke. Mit der (ganz-)zylindrischen hätte man so seine Probleme, denn dazu zählt auch das Licht von hinten. Wie jeder Laie weiß, sieht ein fotografiertes Gesicht traurig aus, wenn Licht von hinten kommt.

Wie man es auch nimmt, am Ergebnis ändert sich nicht viel, weil das Licht immer von der Decke kommt. Es wird an der freien Entfaltung durch diverse Hindernisse gestört, wovon die berühmtesten aus den USA stammen und auf den Namen Cubicle hören. Diese sind bei uns trotz der Bemühungen der Firma Vitra, sie zum Lifestyle zu erklären, selten anzutreffen. Vitra hat sie früher nicht nur verkauft, sondern auch noch selbst benutzt.
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Während die Cubicles gut organisierte Zellen ergaben, trifft das wohl geplante Licht bei uns auf früher nicht bekannte Hindernisse. Sie sehen fast alle grau aus und geben vor, der Akustik zu dienen. Fragt man die Leute, die zwischen den grauen Wänden gequetscht sitzen, ob das wahr ist, müsste der Kaufmann, der sie bezahlt hat, sein Geld zurückfordern.

Eigentlich liegt der Umstand, warum man auch in deutschen Büros fast immer die Horizontalbeleuchtungsstärke antrifft, mehrere Jahrzehnte zurück. So etwa gegen Ende der 1960er Jahre setzten sich Büroplaner, Architekten und Möbelleute zusammen und erfanden die integrierte Decke, die sämtliche Technik, so z.B. Elektroleitungen, Luftkanäle, in sich vereinigt, wozu dann auch die Leuchten gehörten. Sie sollten in der Decke verschwinden, damit sie die Luftwalze nicht stören, die die warme Luft nach oben an die Decke bringt, um sie später wieder herunterzuholen. Das Ganze nahm ca. 50 cm von der Raumhöhe weg. Da die ohnehin gegenüber früheren Bauten weitgehend reduziert war, konnte sich das Licht eben sehr schlecht ausbreiten.
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Fehlt uns da etwas dadurch? Wozu braucht es die (halb-)zylindrische Beleuchtungsstärke? Der Grund wird in vielen Schriften, Normen und Regelwerken angegeben: visuelle Kommunikation, Modellierung von Gesichtern. Das wird jeder Bühnenbeleuchter sofort unterschreiben. Dummerweise gibt es in den Cubicles keine Nachbarn, die einen sehen. Und die Bildschirme, in denen man sich selber sehen konnte, sind mittlerweile entspiegelt. Ob die Menschen, die zwischen grauen Paneelen gefangen vor großen Bildschirmen arbeiten, etwa von der zylindrischen Beleuchtungsstärke was merken? Physikalisch kaum möglich.

Wozu braucht man Vertikalbeleuchtungsstärken? Für die nicht-visuellen Wirkungen zählt nur diese. Die braucht der Mensch, z.B. um wach zu bleiben. Nun kann man sich darüber streiten, ob das Fehlen der Vertikalbeleuchtungsstärke mehr zum Einschlafen beiträgt oder eher die grauen Wände.