Valgus on tähtsaim aja määraja meie ööpäevase rütmi reguleerimisel. Seetõttu on päevavalgusel oluline roll meie heaolus. Valguse külmad valged lainepikkused vähendavad melatoniini sekretsiooni.
Inimese nägemis- ja hormonaalne süsteem. Valgus siseneb silma ja võrkkestalt saadetakse signaale aju nägemiskeskusesse ja suprakiasmaatilisse tuuma. Kõige efektiivsem valguse langemisnurk ganglionrakkude maksimaalseks mõjutamiseks on horisondist kõrgemalt. Allikas: Licht.de
Teadlased on uurinud valguse bioloogilist mõju aastakümneid. Kuid alles 2002. aastal avastati võrkkesta ganglionrakud, mida ei kasutata nägemiseks. Need uued avastatud rakud reageerivad kõige tundlikumalt nähtavale sinisele valgusele ja seavad bioloogilist kella, mis sünkroonib meie keha välise päeva ja öö tsükliga.
Inimese silma võrkkest sisaldab kolme valgusretseptorit: valgustundlikud koonused, hämara valguse suhtes tundlikud kepikesed ja sinise valguse suhtes tundlikud ganglionrakud.
Bioloogilise kella süsteemi põhiline väljund on hormooni melatoniini – unehormooni – produtseerimine. Selle produktsioon käbinäärmes ööpäeva jooksul varieerub. Melatoniini sekretsioon toimub öösel ning selle tase päevasel ajal on minimaalne. Melatoniini suurem supressioon valgusega kokkupuutumisel langeb sageli kokku erksuse ja püsiva tähelepanu tasemete tõusuga.
Hormonaalse rütmi genereerijad
Ganglionrakud saadavad ajju signaale ja reguleerivad hormoonide produktsiooni. Kolm kõige tähtsamat bioloogilist rütmi reguleerivat hormooni on järgmised:
- Melatoniin tekitab teil väsimuse, aeglustab keha funktsioone ja vähendab aktiivsust, et saada teenitud puhkust.
- Seevastu kortisool on stressihormoon, mida produtseeritakse alates ligikaudu kella kolmest hommikul. See stimuleerib ainevahetust ja programmeerib keha päevarežiimiks.
- Serotoniin toimib stimulandi ja motivaatorina. Kortisooli tase veres langeb päeva jooksul ja see toimib seega melatoniini tasemega vastupidises tsüklis, kuna serotoniin aitab energiatasemeid tõsta.
Juhtparameetrid Human Centric Lighting jaoks
Tõhusa Human Centric Lighting valgustuslahenduse paigaldamiseks ja programmeerimiseks vajavad neli parameetrit hoolikat tähelepanu: spekter, intensiivsus, ajastus ja kestus ning jaotus Iga parameetrit võib muuta, kui ühte või mitut muud parameetrit on vastavalt kohandatud.
Spekter
Värvitemperatuuri mõju mõistmine
Valgus on kiirgus, mis on inimsilmale nähtav lainepikkuste vahemikus 380–780 nanomeetrit. Inimsilm registreerib optilisi stiimuleid kolme erineva koonusega, mis reageerivad tundlikult punasele, rohelisele või sinisele kiirgusele. Kuid me ei taju värve võrdse eredusega. Kollase-rohelise spektri värve lainepikkusega 555 nanomeetrit tajume kõige eredamatena. Kepikesekujulised rakud võimaldavad meil näha hämara valgusega. Need ei ole aga võimelised värve eristama. Bioloogilise toimega vahemik on sinine spekter lainepikkusega ligikaudu 460-500 nanomeetrit.
Tundlikkuse kõverad päevavalguse tingimustes v(λ), öösel v’(λ) ja ööpäevase rütmi suhtes c(λ)
Ganglionrakud on kõige tundlikumad valguse suhtes lainepikkusel 480 nanomeetrit (1). See vastab sinisele valgusele. Samaväärne valge valgus sisaldab seetõttu suurt osa sinistest lainepikkustest ja seda nimetatakse seetõttu külmaks valgeks valguseks, värvitemperatuuridega alates 5–6000 kelvinist. Teadusuuringud (2) on näidanud, et kokkupuude spektri sinise osa valgusega vähendab melatoniini sekretsiooni. Lühidalt öeldes aitab külm valge valgus, mida leidub palju päikesevalguses ja teatavates valgusallikates, reguleerida ööpäevast faasi ja loob suurema subjektiivse erksuse, kõrgema basaalkehatemperatuuri ja südame löögisageduse (3). Spektritundlikkuse omadused on määratletud dokumendis CIE S 026.
Eri valgusallikate spektraaljaotused.
Külmal valgel LED-valgusel on rohkem siniseid lainepikkusi ning see on seetõttu efektiivsem ööpäevase rütmi reguleerimisel.
Allikad
1 Bailes, H.J. and Lucas, R.J. (2013) Human melanopsin forms a pigment maximally sensitive to blue light (lmax _479 nm) supporting activation of Gq/11 and Gi/o signalling cascades. Proc. Biol. Sci. 280, 20122987
2 Brainard et al., 2001 Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. The Journal of Neuroscience, 21, 6405-6412.; Thapan et al., 2001 An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. The Journal of Physiology, 535, 261-267.
3 Cajohen et al., 2005 High sensitivity of human melatonin, alertness, thermoregulation, and heart rate to short wavelength light. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 90, 1311-1316.
Intensiivsus
Kuidas mõista valguse intensiivsuse mõju
Melatoniini produktsiooni vähenemine algab valgustugevusega 30 luksi ja küllastub ca 1000 luksi puhul silmade tasemel. Teadmist, et melatoniini tasemed küllastuvad valgustustihedusega üle 1000 luksi silma tasandil, võib kasutada maksimaalse taseme määramisel. See tähendab vertikaalset valgustust ehk silindrilist valgustustihedust Ez 1000 luksi. (Halvenenud nägemisega eakad vajavad suuremat valgustuse taset.) 2019. aastal avaldas Underwriters Laboratories (UL) uued soovitused valgustuse taseme kohta luksides, mis on vajalik melatoniini produktsiooni vähendamiseks. Soovitatav tase on 254 luksi silma tasandil (vertikaalselt mõõdetuna), kui kasutatakse kaudset valgust ja värvitemperatuuri 500 kelvinit. Kui muudetakse värvitemperatuuri või valguse jaotumist, muutub ka soovitatav tase luksides. Glamox lähtub sellest meie inimesekeskse valgustuse lahenduste kohandamisel.
Underwriters Laboratories (UL) poolt soovitatav tase on 254 luksi silma tasandil (vertikaalselt mõõdetuna), kui kasutatakse kaudset valgust ja värvitemperatuuri 500 kelvinit.
Füüsikaseaduste tõttu on tööpinna horisontaalne valgustus (0,75 m põrandast kõrgemal) 2 või isegi 3 korda suurem kui silma tasandil. See võib tekitada taas suuri probleeme seoses pimestamise ja energiakuluga. Seepärast soovitame vähendada valgustustaseme maksimaalselt 250–350 luksini silma tasandil (vastab ligikaudu 750–1000 luksile töötasandil) ja pigem pikendada valgusega kokkupuute aega. See ei pruugi energiakulu vähendada, kuid parandab valgustustingimusi.
EN 12464-1 (2021)
Uus standard EVS-EN 12464-1 (2021) sisaldab lisa B, lisateavet valguse visuaalsete ja mittevisuaalsete (kujutist mitte moodustavate) mõjude kohta. Lisas märgitakse, kui oluline on valgusinstallatsiooni kavandamisel arvestada valguse mittevisuaalsete mõjudega. Uus standard viitab nüüd kahele horisontaalsele valgustustasemele - üks nõutav ja teine muudetud tase. Tüüpilise töökeskkonna – näiteks kontori – puhul on nõutav väärtus Ēm, 500 lx ja muudetud väärtus Ēm, 1000 lx. See loob muuhulgas võimaluse saada päeva jooksul valgustugevust muutev valgustuspaigaldis, et tõsta inimeste heaolu ja stabiliseerida ööpäevarütmi.
Mis on silindriline valgustihedus?
EVS-EN 12464-1 kohaselt on nõutav suunata rohkem valgust inimeste nägudele, et parandada visuaalse suhtlemise tingimusi. Hea visuaalse suhtlemise vajadustega ruumides, eriti büroodes, koosoleku- ja õpperuumides, ei tohiks Ez olla vähem kui 150 luksi, kui U0 ≥ 0,10. Kui kujutada inimese pead silindrina, on silindriline valgustustihedus kogu silindrile langeva valguse keskmine (luksides mõõdetuna).
Silindriline valgustustihedus Ez on kogu kujuteldavale silindrile langeva vertikaalse valguse keskmine.
Ēz ei ole võib -olla kõige täpsem valgustusvõime asend silmade kõrgusel, kus me tahame, et see meile paistab, kuid see on pragmaatiline lähenemisviis, millel on palju eeliseid - eelis number üks on see, et see on mõõdik, millest valguse planeerija juba aru saab ja seda kasutatakse ning et see on väärtus, millele on viidatud standardis EVS-EN 12464-1. Kuid tegurina peaksime kasutama ka vertikaalseid valgustasemeid (Ēv) ning Ēv kasutamise eeliseks on see, et neid valgustasemeid saab kontrollida mõõtmise teel. Ēv viitab ka valgusele silmale vaatesuunas. Suhe Ēv/ Ēzi vahel, mõõdetuna või arvutatuna inimeste istumisasendil põrandast 1,2 m kõrgusel asuval aktiivsustasandil, ja ülesandeala valgustatus Ēv, 0,75 m kaugusel, on vahemikus 1: 2 või 1: 3. Seega on silmade kõrgusel olev valgus enamikul juhtudel väiksem kui tööpinna valgus.
Hooldetegur
Human Centric Lighting valgustuslahendustel tuleb hoida lambi valgusvoo säilivustegur 1,0. Põhjuseks on, et kui valgusti mõõt Ez on 250–300 luksi, annab see piisavalt valgust nii visuaalsete tööde valgustamiseks kui ka soovitud bioloogiliste mõjude esilekutsumiseks. Aja jooksul valgusvoog väheneb, kuid on siiski visuaalseteks töödeks piisav. Seetõttu tuleb aga ööpäevast rütmi mõjutava valguse kestust pikendada, et saavutada sama mõju kui algul. Kuna valgusvoo säilimise tasemete ja kestuste kohta selged suunised puuduvad, soovitame seada valgusvoo säilivusteguri võimalikult kõrgeks.
Allikad
1 M. Gibbsa,b, S. Hamptona, L. Morganb, J. Arendta, 2002. Adaptation of the circadian rhythm of 6-sulphatoxymelatonin to a shift schedule of seven nights followed by seven days in offshore oil installation workers.
2 Smith, Revell & Eastman, 2009; Smith and Eastman, 2009 Phase advancing the human circadian clock with blue-enriched polychromatic light.
Ajastus ja kestvus
Kuidas mõista ajastuse ja kestvuse efekte
Valguse mittevisuaalsed mõjud sõltuvad päevaajast.
Kõige tõhusam on hommikune valgus. See ütleb meie bioloogilisele kellale, et päev on alanud ja keha funktsioonid tuleb aktiveerida. Seevastu õhtune valgus põhjustab melatoniini produktsiooni vähenemist ja raskendab magamajäämist. Õhtune valgus (enne keha minimaalse basaaltemperatuuri saavutamist) võib põhjustada faasi edasilükkumist, kuid varahommikune valgus (pärast minimaalset temperatuuri) võib faasi varasemaks tuua. Akuutsed mõjud erksusele siiski päevaajast ei sõltu. Mõju tähelepanu püsimisele on oluline ainult hommikuti (1).
Lisa B, Lisateave valguse visuaalsete ja mittevisuaalsete (kujutist mitte moodustavate) mõjude kohta standardis EVS-EN12464-1 (2021) märgib pimeduse/valguse tsüklite igapäevase mustri olulisust, eriti une ajal. Samuti öeldakse, et teatud muutus valguse spektri tasakaalus võib olla abiks ööpäevarütmide stabiliseerimisel erinevatel kellaaegadel.
Värvitemperatuuri varieerumise ajastamine on seotud ka inimese psühholoogiaga. Eelistatavad valgustusseadistused võivad varieeruda olenevalt päevaajast. Seetõttu tuleb kasutajatel võimaldada seada värvust ise, eelistatavalt aegadel, mil faasi edasilükkumise või varasemaks toomise risk on väiksem.
Üldreegel on, et mida pikem on valgustuse kestus, seda suurem on faasi nihe (2). Kuid see suhe ei pruugi olla lineaarne. Inimesed võivad olla valgustusperioodi alguspoolel valguse suhtes tundlikumad (3). Lühiajaline kokkupuude ereda valgusega võib samuti kutsuda esile ööpäevase rütmi faaside nihkeid. Ereda valguse kohene mõju subjektiivsele erksusele ei pruugi aga valguse kestusest oleneda. Selle asemel tuleb aktiveerimise eesmärgil kasutada pidevat või korduvat valgustust (4).
Seetõttu on raske anda kestuse suhtes selgeid juhiseid. Tuleb leida kompromiss isiklike eelistuste, soovitud faasinihke mõju ja energiakulu vahel. Meie Human Centric valgustite puhul on tööhüpoteesiks, et hilisel hommikul tuleb anda faasi varasemaks toovat, sinisega rikastatud eredat valgust, et öökullid saaksid oma keha basaaltemperatuuri minimaalsest tasemest üle. Soovitame kasutajatele ka tööpäeva jooksul erksust suurendavat valgust mõõdukate kestustega. Selleks võib kombineerida eelprogrammeeritud valgustustsüklit värvitemperatuuri ja hämardi tasemete individuaalse reguleerimisega.
Allikad
1 Smolders et al.2012 A higher illuminance induces alertness even during office hours: findings on subjective measures, task performance and heart rate measures. Physiology & Behavior, 107, 7-16.
2 Chang et al., 2012 Human responses to bright light of different durations. Journal of Physiology, 590, 3102-3112.; Dewan et al., 2011 Light-induced changes of the circadian clock of humans: Increasing duration is more effective than increasing light intensity. Sleep, 34, 593-599.
3 St.Hilaire et al., 2012 Human phase response curve to a 1 h pulse of bright white light. Journal of Physiology, 590, 3035-3045 and Rimmer et al., 2000 Dynamic resetting of the human circadian pacemaker by intermittent bright light. American Journal of Physiology – Regulatory Integrative and Comparative Physiology, 279, 1574-1579.
4 Vandewalle et al., 2009 Light as a modulator of cognitive brain function. Trends in Cognitive Sciences, 13, 429-438.
Valgusjaotus
Kuidas mõista korrektse valgusjaotuse tähtsust
Valguse jaotus ruumis on kombinatsioon valgustite omadustest ja sellest, kuhu need ruumis paigutate.
Kolmanda valgusretseptori ganglionrakud on kõige tundlikumad nina piirkonnas ja võrkkesta alumises osas. Meie silmad peavad suutma ruumis eredaid alasid võimalikult tõhusalt tajuda. Kuna meie ööpäevast rütmi mõjutavad retseptorid on silma alumises ja ninaosas eriti tundlikud, on soovitatav valgustada vaatevälja ülemise osa pindu. Peame valgustama lae ja ruumi vertikaalsed pinnad. Õige nurga alt tulevat valgust ei tohi tajuda ebamugavustundena. Seda saab teha suurte valgustatud pindadega laes koos seinapesumasinatega või kaudse valgusega rippvalgustitega.
Uus muudetud standard EVS-EN 12464-1 (2021) tõstab esile ruumi heleduse tähtsuse, et tagada ruumisviibijate heaolu ja erksus. Nüüd on standardis seinte, lagede ja ka silindrilise heleduse miinimumväärtused. Tüüpilises töökeskkonnas, nagu näiteks haridushoones või kontoris, peaks seinte minimaalne heledus (Ēv väärtus) olema 150 lx ja lagede puhul 100 lx. Minimaalne silindriline väärtus (Ēz) peaks olema 150 lx.