Wydajność sterowana światłem

Pixabay

Niewiele czynników oddziałuje na człowieka tak intensywnie jak światło. Nasz biorytm, tzw. zegar biologiczny, jest determinowany porą dnia i porą roku. Światło znacząco wpływa na nasz nastrój i produktywność, co więcej – odpowiednie jego wykorzystanie pozwala efektywnie kontrolować te dwie zmienne. Zagadnieniem tym zajmują się dziś nie tylko naukowcy, ale też przedstawiciele świata przemysłu i gospodarki, którzy dostrzegli właściwości światła i próbują wykorzystać je do realizacji własnych celów.

Wiosenna radość i energia czy zimowa depresja – w obu przypadkach istotną rolę odgrywa światło. Jaśniejsze i dłuższe wiosenne dni sprawiają, że nasza forma i nastrój ulegają poprawie, a chęć do działania wzrasta. Zimą zaś doświadczamy odczuć zgoła odwrotnych: „ciemna pora roku” wywołuje w wielu ludziach poczucie przeciążenia psychicznego i znużenia. Nastrój człowieka i funkcjonowanie jego organizmu są bowiem ściśle zależne od pory dnia i pory roku. Cykliczność ta przejawia się w zmianach samopoczucia i wydajności zachodzących w indywidualnym, właściwym dla każdego rytmie. Przyczyny tego zjawiska zostały dokładnie zbadane i wyjaśnione dopiero przed kilkoma laty.

Wcześniej naukowcy uznawali, że za nasze postrzeganie otoczenia odpowiedzialne są dwa receptory siatkówki oka – tzw. czopki i pręciki. Pierwsze z nich umożliwiają widzenie kolorów przy dobrym oświetleniu, a bardziej wrażliwe na światło pręciki pozwalają na generowanie czarno-białego obrazu otoczenia przy oświetleniu słabym. Dopiero w 2002 r. badacze odkryli trzeci fotoreceptor: światłoczułe skupiska komórek zwojowych siatkówki (ang. intrinsically photosensitive retinal ganglion cells – ipRGC), które nie realizują funkcji rozpoznawania obrazu, lecz zawierają specjalny barwnik – melanopsynę – wykazujący wrażliwość na zmieniający się w ciągu dnia poziom zawartości barwy niebieskiej w świetle. Dlatego funkcją receptorów melanopsyny jest regulacja rytmu dnia i nocy, tzw. rytmu dobowego. Ten zaś przebiega w 24-godzinnych cyklach i określany jest jako „zegar biologiczny”, gdyż determinuje cykle czuwania i snu.

Zalety i wady światła niebieskiego

Zmienny udział barwy niebieskiej w świetle za pośrednictwem komórek ipRGC wpływa na gospodarkę hormonalną ludzkiego organizmu. Pod wieczór, kiedy jej zawartość maleje, wzrasta ilość melatoniny we krwi, co powoduje spadek aktywności organizmu; w tej fazie komórki się regenerują. Nad ranem kora nadnerczy produkuje hormon stresu – kortyzol – pobudzając w ten sposób przemianę materii. Wzrastający udział barwy niebieskiej w świetle powoduje jednocześnie, że produkcja melatoniny zostaje wstrzymana, a tym samym nasza aktywność ponownie wzrasta. Późnym popołudniem cykl ten się powtarza.

To tyle, jeśli chodzi o teorię i intencje natury. Cykl ten został bowiem dzisiaj zaburzony na skutek stosowania sztucznych źródeł światła. Najwyższa wrażliwość komórek zwojowych siatkówki rejestrowana jest przy długości fali rzędu 460 nm; są więc one pobudzane przez źródła światła o dużym poziomie zawartości barwy niebieskiej, tj. wysokiej temperaturze barwowej. Stymulująco działa na nie zwłaszcza tzw. zimna biel o temperaturze barwowej > 6500 K. Badania dowodzą, że wystawianie się wieczorem na działanie światła o barwie zimnej bieli może prowadzić do zaburzeń snu.

Sztuczne światło opóźnia produkcję melatoniny, powodując trudności w zasypianiu i wejściu w tzw. głęboką fazę snu. Nie ma przy tym znaczenia, czy światło generowane jest przez lampę, czy urządzenia elektryczne, np. smartfony lub tablety. Dlatego wielu producentów takiego sprzętu (np. Apple w aktualizacji oprogramowania iOS 9.3) wprowadziło funkcję tzw. trybu nocnego, która w godzinach wieczornych zmniejsza poziom zawartości światła niebieskiego na wyświetlaczu. Filtr ten może być ustawiany według indywidualnych potrzeb, tak aby włączał się i wyłączał o konkretnej godzinie, lub podlega automatycznej regulacji według aktualnej pozycji geograficznej zgodnie z rytmem wschodu i zachodu Słońca. Filtr światła niebieskiego dostępny jest w standardzie także w modelu Galaxy S8 firmy Samsung. Dzięki temu intensywne korzystanie z komórki przed snem nie wpływa już negatywnie na jego jakość.

Z kolei producenci budzików wykorzystują efekt odwrotny: tzw. budziki świetlne symulują wschód Słońca, a tym samym delikatnie wybudzają śpiącego, modyfikując warunki świetlne w pomieszczeniu. Taka pobudka powoduje mniejszy stres, zwiększając poziom relaksu i aktywności w ciągu dnia.

Niebieskie światło o zakresie długości fali między 400 a 500 nm stwarza ponadto ryzyko fotochemicznego uszkodzenia siatkówki. Z tego względu na rynku ukazały się publikacje (np. J. Pietrzykowskiego „Bezpieczeństwo fotobiologiczne sztucznych i naturalnych źródeł promieniowania optycznego”) informujące o zagrożeniu stwarzanym przez światło niebieskie jako czynniku podlegającym ocenie pod kątem oddziaływania promieniowania optycznego źródeł światła.

Dla przedsiębiorstw i instytucji publicznych kwestia ta ma istotne znaczenie z uwagi na konieczność przestrzegania standardów bezpieczeństwa i higieny pracy. Ich podstawą prawną jest dyrektywa 2006/25/ WE z dnia 5 kwietnia 2006 r. w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa dotyczących narażenia pracowników na ryzyko spowodowane czynnikami fizycznymi (sztucznym promieniowaniem optycznym). W ślad za nią na rynku pojawiły się również portale internetowe dostarczające technicznych i naukowych informacji na temat światła, a także zawierające praktyczne wskazówki dotyczące optymalnego oświetlenia stanowisk pracy biurowej i przemysłowej.

Światło a efektywność pracy

Światło oddziałuje jednak na człowieka także w inny sposób, a wpływ ten wykracza znacznie poza postrzeganie wizualne dotyczące jasności, kolorów czy kontrastu. Niezależnie bowiem od oddziaływania biologicznego, np. na jakość snu czy koncentrację, światło do pewnego stopnia determinuje również nasze samopoczucie i nastrój. Nic więc dziwnego, że badacze ze świata gospodarki, edukacji i przemysłu intensywnie pracują nad sposobem wykorzystania tych właściwości do realizacji własnych potrzeb. Ich zdaniem w warunkach dziennych oświetlenie powinno być dostosowane do naturalnego rytmu dobowego człowieka. Światło o takich właściwościach nazywane jest „biodynamicznym” lub „Human Centric Lighting“.

W 2011 r. firma Osram wspólnie z Centrum Wymiany Wiedzy z Dziedziny Neuronauk i Edukacji (ZNL) Uniwersytetu w Ulm zbadała, jak oświetlenie zbliżone do naturalnego światła dziennego wpływa na koncentrację uczniów. Jedno z postawionych w trakcie badań pytań dotyczyło tego, czy sztuczne światło stymuluje uczniów do uzyskiwania lepszych wyników w testach zdolności poznawczych. Aby to sprawdzić, w salach lekcyjnych zainstalowano podwieszane lampy LED. Temperatura barwowa głównych źródeł światła wynosiła 4000 K, do stworzenia zaś oświetlenia biodynamicznego wykorzystano moduł LED podświetlający sufit. Dzięki połączeniu niebieskich i białych diod LED badacze uzyskali bardzo wysoką temperaturę barwową rzędu ok. 14 000 K. W trakcie eksperymentu zarówno moc świetlna, jak i temperatura barwowa były dynamicznie dostosowywane do pory dnia, a więc rytmu dobowego uczniów. Porównanie wyników grup kontrolnych dowiodło, że oświetlenie biodynamiczne wywiera pozytywny wpływ na zdolność koncentracji, efektywność poznawczą i spostrzegawczość uczniów.

Światło biodynamiczne w pracy

Biodynamiczne oświetlenie znajduje zastosowanie nie tylko w szkołach. Firma Herbert Waldmann z Villingen-Schwenningen w Niemczech, specjalizująca się w produkcji oświetlenia, jako jedna z pierwszych zwróciła uwagę na to, jaki jest wpływ światła na efekty pracy ludzi. Intensywna wymiana informacji z klientami z sektorów opieki społecznej i służby zdrowia przyniosła konstatację, że osoby starsze, a zwłaszcza chorzy na demencję, często przez całą dobę przebywają w zamkniętych pomieszczeniach bez dostępu światła dziennego. Ścisła współpraca ze światem nauki i aktywna praca zespołowa pozwoliły firmie wykorzystać nowatorskie wówczas wyniki badań do opracowania rozwiązania Pulse VLT (ang. Visual Timing Light) bazującego na oświetleniu biodynamicznym. Do dziś przedsiębiorstwo przeprowadziło 250 instalacji systemu VLT w placówkach służby zdrowia i opieki społecznej.

Od trzech lat firma wykorzystuje zdobyte doświadczenia także w aplikacjach biurowych oraz w procesach projektowania oświetlenia przemysłowego. Jak pokazuje rys. 2, w systemie Pulse VLT oświetlenie jest dynamicznie dostosowywane do pory dnia. Rano zimne światło i wysoka moc świetlna pobudzają wytwarzanie kortyzolu. Około południa hormon ten zaczyna być usuwany z organizmu. Aby jednak przeciwdziałać spadkowi aktywności, w strukturze oświetlenia nadal dominuje działające aktywizująco zimne światło o dużej mocy świetlnej. Takie rozwiązanie zwiększa efektywność pracy i stymuluje koncentrację pracowników. Po południu poziom melatoniny w organizmie człowieka rośnie. Temu okresowi przejściowemu towarzyszy neutralne światło mieszane o mniejszej mocy świetlnej, generowane przez sukcesywne zmniejszanie intensywności i temperatury barwowej oświetlenia.

Oświetlenie biodynamiczne wywiera także istotny wpływ na gospodarkę hormonalną organizmu. Na skutek sztucznego obniżania poziomu melatoniny w ciągu dnia jej poziom w nocy bardziej wzrasta, co ułatwia zasypianie i sprzyja odpoczynkowi, a tym samym pozytywnie wpływa na wydajność pracownika następnego dnia.

Światło w walce ze zmęczeniem

Odpowiednie oświetlenie odgrywa istotną rolę nie tylko w warunkach pracy biurowej, ale też podczas prac montażowych. Dlatego firma Kistler Instrumente zdecydowała się na instalację w swoim zakładzie produkcji czujników w niemieckim Sindelfingen ergonomicznego oświetlenia stanowisk pracy z mikroskopem. Kiedy pracownik podnosi wzrok znad mikroskopu, do jego oka przenika więcej światła, powodując zwężenie źrenicy. Dlatego firma Waldmann zainstalowała na tych stanowiskach specjalne oświetlenie dostosowane do temperatury barwowej i mocy świetlnej lamp mikroskopów, które, ograniczając do minimum wysiłek akomodacyjny oka, pozwoliło na znaczną redukcję poziomu zmęczenia i wzrost produktywności pracowników.

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę