Biomedizinische Forschung

Bioläden

Wie kann biomedizinische Forschung Lichtdesign im Einzelhandel unterstützen?

Und doch wurden in der Geschichte der Menschheit im Zeitalter der Glühlampe keine Beleuchtungssysteme in der Nacht verwendet. Das Kunstwerk "Arkwright’s Cotton Mills by Night" (Arkwrights Baumwollspinnereien bei Nacht) von Joseph Wright of Derby ist eines der ersten Gemälde, das darstellt, wie das Licht die Dunkelheit ablöst. Vom Jahr 1772 bis die Baumwollspinnerei geschlossen und umgenutzt wurde, war die Fabrik in Cromford, England, 24 Stunden am Tag in Zwölf-Stunden-Schichten im Betrieb. Nachts wurde die Fabrik mit Kerzen beleuchtet. Eine Zeit lang (bevor Thomas Edison und James Bowman Lindsay ihre Erfindungen entwickelten) mussten unsere Nächte auf Dunkelheit verzichten, um den Erfordernissen der modernen Welt gerecht zu werden. Heute werden die Konsequenzen von übermäßig viel Licht bei Nacht als Umweltverschmutzung betrachtet. Der Nachthimmel wird vom größten Teil der Stadtbewohner als orange leuchtend wahrgenommen, was wesentlich anders ist als der Sternenhimmel, den unsere Vorfahren nach dem Sonnenuntergang zu sehen bekamen. Lichtverschmutzung ist ein unnatürliches Szenario, auch aus ökologischer und gesundheitlicher Sicht; und heute können Mediziner beweisen, dass Licht bei Nacht eine Reihe von Verhaltens- oder Stoffwechsel-Auswirkungen für verschiedene Tierarten, einschließlich der Menschen, haben kann.

Der Dialog zwischen Architektur, Design und biomedizinischer Forschung ist besonders wichtig, weil wir heutzutage Licht nicht nur als elektromagnetische Strahlung verstehen, die einen visuellen Reiz oder sogar einen Blendeindruck verursachen kann. Licht ist auch entscheidend bei der Synchronisierung unserer biologischen Rhythmen. Demzufolge wird das Licht heute als primärer biologischer Zeitgeber anerkannt. Und das Konzept der zirkanianen angepassten Beleuchtung ist jetzt schon bestens bekannt. Durch ein komplexes neuronales Netzwerk, das an der Netzhaut beginnt (die unabhängig von Sehbahnen ist), werden Lichtstimuli im Trigeminusnerv an wichtige zerebrale Strukturen wie den suprachiasmatischen Nukleus und die Zirbeldrüse vermittelt. Letztere ist für die Produktion und Ausschüttung eines wichtigen Hormons verantwortlich: Melatonin. Diese Elemente funktionieren als unsere endogenen Oszillatoren, auch bekannt als unsere biologische Uhr, die unseren zirkadianen Rhythmus bestimmen.

Obwohl sich diese biologischen Strukturen in unserem Gehirn befinden, können sie Informationen (hormonale und neuronale Signale) an mehrere Organe und Systeme im Körper vermitteln, welche darauf dementsprechend reagieren. Die innere Uhr hilft einem Organismus, sich auf täglich wiederkehrende Phänomene in der natürlichen Welt einzustellen. Trotzdem gibt es seine Vielzahl von Umständen, welche diese natürliche Angleichung unterbrechen können, sodass wir nicht mehr synchron mit der Umwelt existieren können. Dieser Zustand wird als "Störung des zirkadianen Rhythmus" beschrieben. So wie das Herz eine gewisse Pulsfrequenz benötigt, um richtig und gesund funktionieren zu können, so benötigen die lichtbedingten visuellen Stimuli, die in zelluläre Aktivierungsprozesse innerhalb der Gehirnstrukturen übertragen werden, den Biorhyth- mus als Basis. Durch falsch verwendete künstliche Beleuchtung, beziehungsweise wenn wir uns elektrischem Licht zu den falschen Tages-/Nachtzeiten aussetzen, laufen wir Gefahr, diesen Rhythmus zu untergraben oder zu verlieren. Verkürzte Zeit unter natürlichem Licht und vermehrte lichtbedingte, visuelle Stimuli in der Nacht werden nachweisbar mit mehreren negativen Folgen, einschließlich Schlaf- und Angststörungen, Depression und einer hohen Suchtgefahr, verbunden. Die Unterbrechung des zirkadianen Rhythmus ist auch mit Stoffwechselstörungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Bluthochdruck und Brustkrebs assoziiert worden.

Software zur Quantifizierung der Lichtmengen, die eine Auswirkung auf den zirkadianen Rhythmus haben können, ist bereits vorhanden. Die Absicht dabei ist, professionellen Lichtdesignern mehr Informationen und Hinweise zu liefern, damit sie bewusst im Sinne des Biorhythmus planen können. Außerdem stellt die Einführung der LED-Technologie eine große Herausforderung für Lichtdesigner dar. Auch wenn sich das menschliche Sehvermögen anscheinend relativ gut an das weiße LED-Licht angepasst hat, zeigen diese Lichtquellen starke Spitzen in blauen Wellenlängenbereichen zwischen 460 nm und 500 nm. Es ist bewiesen worden, dass dieses bläuliche Licht die Unterdrückung der Melatonin-Sekretion hervorrufen kann und demzufolge zu Schlafstörungen bei Menschen führen kann. Bläuliches Licht ist auch in Verbindung mit der photochemischen Schädigung der Netzhaut bei Tieren gebracht worden. Solche negativen Auswirkungen, und sogar Körperverletzungen, hängen sowohl mit der Dauer der Lichtaussetzung als auch mit der Wellenlänge zusammen, aber nicht mit der Gesamtbestrahlungsstärke. Auf jeden Fall ist Sorgfalt gefragt, wenn wir diese Technologie in den architektonischen Räumen anwenden, in denen wir leben und arbeiten.

Was hat das alles mit der Beleuchtung für Verkaufsräume zu tun?

Wenn wir über die Beleuchtung für Verkaufsräume nachdenken, fällt uns als erstes ein, wie Licht kreativ eingesetzt wird, um die ausgestellten Waren zu akzentuieren und ein einzigartiges Shoppingerlebnis zu generieren. Generell ist das Hauptziel des Beleuchtungssystems die Markenwahrnehmung zu verstärken und den Umsatz zu steigern. Solche architektonischen Räume sind jedoch weit mehr als bloß ein Ort, um die zu verkaufenden Produkte abzulagern. Diese Räume dienen auch als Arbeitsplatz: in Brasilien werden im Jahr 2017 etwa eine Million Menschen alleine in Einkaufszentren beschäftigt sein. Das heißt, dass die Gesundheit und das Wohlbefinden der Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen bei der Entwicklung von Lichtdesignstrategien für die Verkaufsräume unbedingt berücksichtigt werden muss.

Es ist deshalb dringend notwendig, die Architekturansätze für Einkaufszentren weltweit unter die Lupe zu nehmen. Die meisten bieten keine Sichtverbindung nach außen. Das ist Teil der Verkaufsstrategie, die darauf abzielt, die Kunden auf den Innenraum fokussiert zu halten. Jegliches Zeitgefühl sowie jegliche Informationen zur Außenwelt werden bewusst beeinträchtigt. Eine Vielzahl wissenschaftlicher Studien belegen, dass Menschen, die tagsüber keinen Blick nach draußen genießen dürfen, ein höheres Risiko haben, zum Ende des Arbeitstags wesentlich gestresster zu sein.

Schichtarbeit ist ein weiterer Einflussfaktor, wenn es um Probleme in Zusammenhang mit dem zirkadianen Rhythmus geht. Dies hängt auch damit zusammen, dass der natürliche Tag-Nacht-Rhythmus der Schlüssel zur Synchronisierung unserer inneren Uhr ist. Wenn ein Mitarbeiter/ eine Mitarbeiterin morgens in einem fensterlosen Verkaufsraum ankommt und das Gebäude erst zum Tagesende (gegen 18.00 Uhr) verlässt, erhält sein/ihr Körper keine aus-

reichende Dosis Licht, um den zirkadianen Rhythmus gesund und effektiv zu steuern. Im Allgemeinen liefern elektrische Beleuchtungsanlagen weder eine ausreichende Beleuchtungsstärke oder eine adäquate Lichtqualität, um die Synchronisierung der inneren Uhr kontinuierlich zu sichern. Andererseits können die Mitarbeiter/Mitarbeiterinnen, die erst nachmittags gegen 16.00 Uhr anfangen zu arbeiten und sich bis 22.00 oder 23.00 Uhr im Laden aufhalten, längere Zeitspannen unter natürlichem Licht verbringen und im Gegensatz weniger Stunden Dunkelheit erleben. Was sind die Konsequenzen solcher Hell-Dunkel- Muster für die Mitarbeiter/Mitarbeiterinnen in Verkaufsräumen?

Es liegen immer mehr Forschungsergebnisse zum sogenannten sozialen Jetlag vor. Dieser Zustand wird als biologische Störung der inneren Uhr verstanden, die durch alternierende Arbeitszeiten/Aktivität und arbeitsfreie Tage entsteht. Dieses Phänomen bezieht sich auf die Inkompatibilität zwischen der inneren und der sozialen Uhr. Der soziale Jetlag wird häufig mit diversen neuropsychiatrischen Störungen in Verbindung gebracht. Dazu gehören Aggression und Verhaltensauffälligkeiten, affektive Störungen, kognitive Beeinträchtigungen (im Sinne von beruflicher und akademischer Leistung) sowie Drogenmissbrauch. Außerdem werden kardiometabolische Risiken als potentielle Folgen vom sozialen Jetlag genannt.

Zu berücksichtigen sind auch die unterschiedlichen Chronotypen bei Menschen: Chronotypen bezeichnen Kategorien von Menschen, die aufgrund der inneren biologischen Uhr (Tag/Nacht) physische Merkmale zu unterschiedlichen Tageszeiten in unterschiedlicher Ausprägung besitzen. Jeder einzelne Mensch passt sich physiologisch anders an den Tag-Nacht-Zyklus von 24 Stunden an. Das spiegelt sich nicht nur in den Schlaf- und Wachphasen, sondern auch in den unterschiedlichen Reaktionen auf Gesundheitsfaktoren und Krankheitsrisiken wider. Der Chronotyp beeinflusst die Physiologie und den Stoffwechsel des Menschen und wirkt auch auf Aspekte wie kognitive Leistung sowie psychiatrische Symptome und Störungen ein.

Menschen, die in Verkaufsräumen arbeiten, müssen oft früh aufstehen, um den Arbeitstag ordentlich anzupacken. Während der Arbeitszeit werden sie selten dem Tageslicht (oder der Dunkelheit) ausgesetzt. Die Belastung durch den unnatürlichen Hell-Dunkel-Rhythmus, verbunden mit der Unfähigkeit gewisser Chronotypen, sich an die für einen konkreten Zeitraum zugeordneten Tätigkeiten anzupassen, gelten als entscheidende Faktoren bei physiologischen Störungen und der Entstehung vom sozialen Jetlag.

Forschungsstudie 1: Lichtmuster in Verkaufsräumen und die Konsequenzen für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Mitarbeiter

Über zwei Jahre (2008 bis 2009) haben wir eine explorative Studie2 über Beleuchtungslösungen in Verkaufsräumen und ihre Auswirkung auf das Personal durchgeführt. Geprüft wurden die visuellen, biologischen und emotionalen Aspekte der Beleuchtung aus Sicht der Personen, die in der beleuchteten Umgebung arbeiteten. Bei allen drei Probandengruppen – alle Frauen zwischen 18 und 65 Jahren – wies die Studie einen hohen Grad an Unzufriedenheit mit der Beleuchtung auf. Eine Gruppe bestand aus Mitarbeiterinnen in Einzelhandelsgeschäften mit Blickkontakt zur Außenwelt. Die beiden anderen Gruppen waren in Einkaufszentren beschäftigt, hatten keinen Sichtkontakt nach draußen und unterschiedliche Arbeitszeiten. Zudem hing die Zufriedenheit mit dem Lichtdesign mit emotionalen und biologischen Faktoren zusammen. Kurzum, die Ergebnisse belegen, dass:

1. Je unzufriedener die Mitarbeiter mit den bewerteten Aspekten waren, desto deprimierter wurden sie.

2. Missfallen wurde durch Beschwerden über das Arbeiten in fensterlosen Umgebungen ausgedrückt. Die Mitarbeiter wurden stundenlang elektrischem Licht ausgesetzt – einige sogar bis in die Nacht hinein, je nach Schicht. Die festgestellten Probleme waren: Zeitorientierung, keine visuelle Verbindung nach draußen, zu viel oder zu wenig Licht zum Arbeiten sowie nicht-visuelle Probleme, wie die von den Lichtquellen erzeugte überschüssige Wärme oder störendes Rauschen.

3. Mitarbeiter in Shoppingcentern behaupteten, dass der mangelnde Kontakt zur Außenwelt zu schlimmstmöglichen Angst- und Stressgefühlen führte.

4. Beweise für eine inverse Korrelation wurden zwischen der durchschnittlichen allgemeinen Beleuchtungsstärke eines Ladens und der Zufriedenheit mit der Beleuchtung festgestellt. Zudem gab es eine positive Korrelation dieser Variablen mit den Werten eines Fragebogens zu psychischen Störungen und Depressionen, wobei die Shoppingcenter- Mitarbeiter von 10.00 bis 16.00 Uhr gearbeitet haben. Veränderungen in den Cortisol-Spiegeln dieser Gruppe sind eventuell mit hohem Stress und mangelndem Tageslicht zusammenhängend.

5. Da die Steuerung des zirkadianen Rhythmus mit der Tageszeit und der Dauer der Aussetzung an das Sonnenlicht zusammenhängt, scheinen Angestellte, die von 14.00 bis 22.00 Uhr in fensterlosen Räumen tätig sind, eher von der Beleuchtung am Arbeitsplatz beeinflusst zu werden.

Eventuell weil sie dem Licht über einen längeren Zeitraum ausgesetzt werden. Bei dieser Gruppe verzeichneten wir die höchsten durchschnittlichen Beleuchtungsstärken (bis zu 700 Lux). Zu den Nebenwirkungen dieser Lichtverhältnisse gehörten physiologische Änderungen in der Produktion von Melatonin sowie eine äußerst negative Resonanz bezüglich Depressionserscheinungen.

Diese Forschungsstudie deutet darauf hin, dass die in den Verkaufsräumen installierten Lichtlösungen keine menschlichen Faktoren berücksichtigt haben.

Forschungsstudie 2: Beleuchtung in Krankenhäusern und der Unterschied bei der Arbeit in Räumen mit und ohne Fenster Nachdem wir uns auf die Beleuchtung in Verkaufsräumen konzentriert haben, wollten wir eruieren, ob die Art der Tätigkeit eine Variable sein könnte, die sich auf die Beziehung zwischen der Beleuchtung und den zirkadianen Rhythmen der Mitarbeiter auswirkt. Demzufolge führten wir eine weitere Querschnittsstudie mit Hilfe derselben Methodik, aber in einem Gebäude mit einer anderen Nutzung durch: einem Krankenhaus. Die Probanden – auch bei dieser Studie alle weiblich – wurden in zwei Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe mit dem Arbeitsplatz in einem Raum mit Fenstern und die andere Gruppe in einem fensterlosen Raum. Die Ergebnisse der Studie zeigen eine hohe Unzufriedenheit mit der Beleuchtung bei der Gruppe ohne Sichtkontakt zur Außenwelt. Darüber hinaus steht das Ausmaß der Zufriedenheit mit dem Lichtdesign im direkten Zusammenhang mit emotionalen und biologischen Faktoren. Zudem zeigten Probanden, die in fensterlosen Räumen arbeiteten, höhere Melatoninwerte um 20.00 Uhr und niedrigere Melatoninwerte um 22.00 Uhr. Es wurde eine negative Korrelation zwischen dem Melatoninspiegel nachts und depressiven Symptomen und der Wertungsskala für Schlafqualität festgestellt. Dies deutet darauf hin, dass Menschen am meisten unter

depressiven Symptomen zu leiden und eine schlechte Schlafqualität zu vermelden hätten, je niedriger ihre Melatoninspiegel nachts sind. Diejenigen, die zumeist nur bei elektrischer Beleuchtung arbeiten, haben um 22.00 Uhr auch höhere Cortisolwerte. Diese Cortisolwerte korrelieren positiv mit den aus speziellen Fragebögen zum psychologischen Screening und depressiven Symptomen gewonnenen Werten, und deuten bei dieser Gruppe auf eine Erhöhung des Risikos psychiatrischer Erkrankungen hin. Diese Ergebnisse können Hinweise für Störungen der inneren Uhr geben, da Cortisol- und Melatonin-bedingte Stoffwechselerkrankungen auch mit weiteren Krankheiten verbunden werden. Diese zweite Studie bestätigte viele der Ergebnisse der ersten Studie. Bei der Entwicklung eines Lichtdesign- oder Architekturkonzepts geht es nicht nur darum, die funktionalen Aspekte des Lichts zu berücksichtigen, sondern auch die menschlichen Bedürfnisse. Die Beleuchtung in jedem Arbeitsplatz muss so geplant werden, dass der zirkadiane Rhythmus erhalten und unterstützt wird.

Human Centric Lighting: Ein neues Schlagwort im Bereich der Verkaufsraumbeleuchtung

Dank der Forschungsaktivitäten im Zusammenhang mit den biologischen Auswirkungen des Lichts in den letzten 20 Jahren ist Human Centric Lighting (HCL) in der Lichtindustrie ein allgemein bekannter Begriff geworden. Wenn man nicht nur die visuellen Aspekte, sondern auch die nicht-visuellen Effekte des Lichts betrachtet, geht es grundsätzlich darum, wie man planen und gestalten kann, damit die Menschen sich wohler fühlen und gesünder leben können. Das gilt natürlich auch für die Beleuchtung in Verkaufsräumen. Dennoch ist weitere Forschung erforderlich, damit wir lernen können, effektiver mit den unterschiedlichen Chronotypen (Lerchen und Eulen) im selben Raum umzugehen. Zum Beispiel: Wie wirkt die Lichtqualität auf die unterschiedlichen Chronotypen? Muss die Lichtstärke und die Farbtemperatur variabel sein? Ebenfalls notwendig ist die Optimierung von Beleuchtungssystemen, einschließlich der Weiterentwicklung der LED als eine für Arbeitsplätze geeignete Lichtquelle. Und zwar nicht nur aus energiesparenden Gründen, sondern auch zur Leistungssteigerung. Obwohl es schwer ist, die unmittelbaren Vorteile des so genannten HCL-Ansatzes in Verkaufsräumen zu quantifizieren, gibt es zwei Berichte, welche auf ein wesentliches Marktwachstum im Groß- und Einzelhandel hindeuten. Human Centric Lighting (HCL) ist eigentlich das, worum es in der biomedizinischen Forschung geht. In diesem Forschungsbereich haben Wissenschaftler festgestellt, dass Menschen eher über unzureichend Schlaf und depressive Symptome klagen, wenn sie sich tagsüber weniger im Sonnenlicht aufhalten und wenn sie in fensterlosen Räumen tätig sind. Personen, die in Räumen mit Fenstern arbeiten, erleben während der Arbeitszeit mehr Tageslicht und schlafen zirka 45 Minuten länger als diejenigen, die ihre Arbeit in fensterlosen Räumen ausüben müssen. Außerdem belegen einige Forschungsstudien, dass Menschen, die sich mindestens drei Stunden pro Tag im Tageslicht aufhalten, wesentlich weniger Stress erleiden und eine höhere Zufriedenheit am Arbeitsplatz empfinden. Aus unserer Erfahrung empfehlen wir als Best-Practice in Verkaufsräumen im menschenbezogenen Sinne:


-->möglichst viel Sichtkontakt zur Außenwelt

-->die Möglichkeit schaffen, dass Mitarbeiter die Lichtverhältnisse im Laufe des Tages selbst steuern können

-->sorgfältig mit Leuchtmitteln umgehen, welche die Produktion von Melatonin in der Nacht unterdrücken und bei der Anwendung von neuen Technologien bleiben, bis ihre Auswirkung auf die menschliche Gesundheit bestätigt worden ist

-->die Verwendung von Lichtquellen mit hohem Blauanteil im Spektrum nach Einbruch der Dunkelheit vermeiden, um das Risiko einer Störung des zirkadianen Rhythmus zu verringern

-->die ausgestellten Waren durch Akzentbeleuchtung unterstreichen – dies soll die Kunden zum Kauf animieren – und niedrigere Beleuchtungsstärken für die Allgemeinbeleuchtung für die Mitarbeiter einplanen

--> das Potenzial von reflektiertem oder indirektem Licht erkunden, das die Gesundheit und das Wohlbefinden der Mitarbeiter während der Abend- und Nachtstunden am besten entspricht.

Fazit

Vielmehr müssen Chronobiologen, Architekten, Lichtdesigner und die Lichtindustrie an den Diskussionen beteiligt werden, um gemeinsam über Strategien für die Gesundheitsförderung nachzudenken. Beide in diesem Beitrag erwähnten Forschungsstudien belegen, wie wichtig die Beleuchtungsanlagen für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen sind, die in Verkaufsräumen und Krankenhäusern beschäftigt sind. Die immer deutlicher werdende, durch die wissenschaftliche Fachliteratur gewonnene Beweislage bestätigt diese Behauptung. Wenn offen über die Korrelation zwischen Licht und Gesundheit gesprochen wird, können Unternehmer angeregt werden, in die Zufriedenheit und das Wohlbefinden ihrer Angestellten – sowie indirekt in ihre Produktivität bei der Arbeit – zu investieren.

Literaturnachweise

1 – For more information on social jetlag, see: Beauvalet, J.C., Oliveira, M.A.B., Quiles, C.L., Ilgenfritz, C.A., Hidalgo, M.P., Tonon, A.C. (2017). Social jetlag in health and behavioral research: a systematic review. Chronophysiology and Therapy. [Article in press]

2 – Martau, B. T. (2009). The light beyond vision: lighting and its relationship with health and wellbeing of employees at street and shopping mall retail stores in Porto Alegre. Doctoral’s Thesis. University of Campinas, Brazil.

3 – This study had a collaboration with Maria Paz Hidalgo, Paulo Sérgio Scarazzato e Clarice Luz.
4 – Harb, F., Hidalgo, M. P., Martau, B. (2014). Lack of exposure to natural light in the workspace is associated with physiological, sleep and depressive symptoms. Chronobiology International. 32(3):1-8
5 – For more information on chronotypes, see: Adan, A., Archer, S.N., Hidalgo, M.P., Di Milia, L., Natale, V., Randler, C. (2012). Circadian typology: a comprehensive review. Chronobiology International, 29(9):1153-75. 6 – For further information, see: "Human Centric Lighting: Going beyond energy efficiency", a Report from 2013; and "Quantified benefits of Human Centric Lighting; Final Results" from April 2015 by ZVEI, Lighting Europe and A.T. Kearney.

4 – Harb, F., Hidalgo, M. P., Martau, B. (2014). Lack of exposure to natural light in the workspace is associated with physiological, sleep and depressive symptoms. Chronobiology International. 32(3):1-8
5 – For more information on chronotypes, see: Adan, A., Archer, S.N., Hidalgo, M.P., Di Milia, L., Natale, V., Randler, C. (2012). Circadian typology: a comprehensive review. Chronobiology International, 29(9):1153-75. 6 – For further information, see: "Human Centric Lighting: Going beyond energy efficiency", a Report from 2013; and "Quantified benefits of Human Centric Lighting; Final Results" from April 2015 by ZVEI, Lighting Europe and A.T. Kearney.