Melanopische Wirksamkeit: Warum Licht nicht nur visuell auf uns wirkt

Natürliches Tageslicht hat eine positive Wirkung auf unsere Gesundheit – diese Tatsache hat sich schon herum gesprochen. Doch sind es nicht-visuelle Aspekte, die unseren Biorhythmus steuern. Was dabei genau in unserem Auge passiert und welche Faktoren dafür eine Rolle spielen, dass wir auch in Innenräumen durch künstliches Licht ähnliche Effekte erzielen können, das erfahren Sie in diesem Beitrag.

Was ist die melanopische Wirksamkeit von Licht?

Weitläufig bekannt dürfte sein, dass Licht eine visuelle und eine emotionale Wirkung auf uns hat. Helle und kontrastreiche Beleuchtung brauchen wir zum Beispiel für gutes Sehen (visuelle Wirkung), passende Lichtfarben wiederum sorgen für eine angenehme Lichtstimmung (emotionale Wirkung).

Bisher weitgehend unbekannt dürfte aber die biologische Wirkung des Lichts sein: die sogenannte melanopische Wirksamkeit. Warum „melanopisch“? Diese Bezeichnung kommt vom Hormon Melanopsin und ist das Hormon, das uns schläfrig macht. Denn durch das entsprechende Licht wird das Melanopsin entweder unterdrückt und damit unser Körper aktiviert – für eine höhere Konzentration und Leistungsfähigkeit. Oder das Melanopsin wird nicht unterdrückt und beginnt, unsere Körperfunktionen zu entspannen und uns auf einen erholsamen Schlaf vorzubereiten. Diesen Vorgang der Melanopsin-Anregung oder –Unterdrückung nennt man die melanopische oder biologische Lichtwirkung.

Diese biologische, nicht-visuelle Wirksamkeit des Lichts steht damit in direktem Zusammenhang zu unserem Biorhythmus (oder: Schlaf-Wach-Rhythmus). Kurzfristige Effekte einer Melanopsin-Unterdrückung sind dabei Wachsamkeit und hohe Konzentrationsfähigkeit – ein langfristiger Effekt eines an den natürlichen Tageslichtverlauf angepassten Melanopsinspiegels ist ein insgesamt gesunder Schlaf-Wach-Rhythmus.

Eine bahnbrechende Entdeckung: Die retinalen Ganglienzellen des Auges

Die Erforschung der sogenannten Chronobiologie, also der Biologie der natürlichen Körperzyklen, begann ungefähr in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts. Noch kürzer ist es her, dass Forscher lichtempfindliche Ganglienzellen auf der menschlichen Netzhaut entdeckten. Das sind jene Rezeptoren im Auge, die ausschließlich die nicht-visuellen, biologischen Reize des Lichts verarbeiten: die intrinsisch photosensitiven retinalen Ganglienzellen (ipRGC). Im Gegensatz dazu dienen die anderen, bisher bekannten Rezeptoren im Auge rein dem visuellen Sehvorgang: die ca. 120 Millionen Stäbchen dem Dämmerungssehen (skotopisches Sehen) und die ca. 6 Millionen Zapfen dem Tagessehen (photopisches Sehen).

Erst mit der Entdeckung und weiteren Erforschung der retinalen Ganglienzellen war das fehlende Puzzleteil vorhanden, um den circadianen Rhythmus des Menschen richtig zu verstehen. 2007 schließlich zeigte sich, dass der Wirkstoff Melanopsin in den retinalen Ganglienzellen für diesen Rhythmus verantwortlich ist und durch welche Faktoren die Ausschüttung dieses Hormons aktiviert oder unterdrückt wird.

Melanopische Wirksamkeit – Faktor 1: Die zeitliche Struktur des Lichts

Melanopische Wirksamkeit – Faktor 2: Die Bedeutung verschiedener Farbtemperaturen

Je nach Wellenlänge und damit Farbtemperatur des Lichts hat das auf unser Auge fallende Licht eine andere biologische Wirkung. Dieser Zusammenhang wird in der Chronobiologie als melanopischer Wirkfaktor beschrieben. Dieser ist ein Maß für den Einfluss einer Lichtquelle auf unseren Biorhythmus. Ein hoher Blauanteil im Licht sorgt für eine verringerte Melanopsin-Ausschüttung und damit für Konzentration und Leistungsfähigkeit, wohingegen viel Rotanteil die Melanopsin-Ausschüttung verstärkt und für Entspannung sorgt.

Melanopische Wirksamkeit – Faktor 3: Der Einfallswinkel des Lichts

Da die retinalen Ganglienzellen vor allem im unteren, hinteren Bereich der Netzhaut sitzen, werden diese logischerweise nur durch einen bestimmten Lichteinfallswinkel besonders gut erreicht. Dieser liegt zwischen 0-45° (bezogen auf die Horizontale). Dies entspricht dem Sichtbereich, in dem wir auch das Tageslicht der Sonne wahrnehmen.

Melanopische Wirksamkeit – Faktor 4: Die Flächigkeit des Lichts

Damit wird auch klar, wieso vor allem große Flächen eine besonders gute biologische Wirksamkeit erzielen – ganz entsprechend dem natürlichen Himmelszelt. Das können entweder große beleuchtete Flächen sein (wie eine Lichtdecke oder Lichtkacheln) oder Raumflächen (Wände oder Decken), die angestrahlt werden. Beides sorgt für eine flächige Leuchtdichte, möglichst im Sichtbereich von 0-45° und einer Intensität zwischen 500 – 1000 cd/m². Steigt die Leuchtdichte über diesen Wert, kann die leuchtende Fläche zu Blendung führen.

Melanopische Wirksamkeit – Faktor 5: Unser Alter

Mit zunehmendem Alter kann nicht mehr so viel Licht durch die kleineren Pupillen und bereits eingetrübten Augen auf die Rezeptoren fallen. Darum brauchen ältere Menschen mehr Licht wie jüngere, damit die gleiche melanopische Wirkung erzielt wird. Aus diesem Grund gibt es zwei Korrekturfaktoren für den melanopischen Wirkfaktor, die zeigen: Im Gegensatz zu einem 20-Jährigen braucht ein 60-Jähriger fast vier Mal mehr Licht, um denselben biologischen Effekt im Auge zu erreichen.

Human Centric Lighting: Warum eine dynamische Lichtsteuerung unserer Gesundheit gut tut

Eine exakte Nachbildung des natürlichen Tageslichtverlaufs mit den hohen Beleuchtungsstärken des Sonnenlichts ist zwar mit künstlichem Licht kaum möglich, aber trotzdem kann eine dynamische Lichtsteuerung wichtige, nicht-visuelle Einflüsse anstoßen. Dafür sollten die vorher genannten Faktoren, die die melanopische Wirksamkeit bestimmen, möglichst gut in eine Lichtplanung integriert werden.

Das bedeutet: Das richtige Licht zur richtigen Zeit, mit der richtigen Intensität und der richtigen Farbtemperatur im richtigen Einfallswinkel.

Biologisch wirksames Licht im Home Office

Das klingt auf den ersten Blick wie eine kniffelige Aufgabe. Dabei kann man auch mit der richtigen Leuchte im Home Office schon wichtige biologische Impulse setzen.

Ein Beispiel ist unsere Tischleuchte HEAVN One: Mit der HEAVN One werden – in der höchsten Stufe – Beleuchtungswerte erreicht, die die gleiche Wirkung haben wie 10.000 Lux starkes Sonnenlicht. Im vorprogrammierten Tageslichtverlauf sind die wichtigsten Werte in beiden Leuchten bereits eingestellt: Nämlich die passenden Farbtemperaturen (2.000 bis 6.500 Kelvin) und Lichtintensitäten zur jeweiligen Tageszeit, und das mit dem richtigen melanopischen Wirkfaktor und dem passenden Lichteinfallswinkel (von vorne oben), ganz ohne Blendung oder Flimmern.

Mit unseren smarten Büroleuchten gibt es also melanopische Lichtwirkung im Home Office, über den ganzen Tag hinweg – ganz einfach auf Knopfdruck.