Belysning for ældre lumen pr. watt

Transkript

1 16 / LYS / Tema: dagslys Belysning for ældre mere end blot lumen pr. watt Belysning kan have en stærk indflydelse ikke kun på vores evne til at se, men også på vores sundhed, velvære og livskvalitet Af Joachim Stormly Hansen, fagspecialist ved Grontmij Carl Bro A/S og Mariana Figueiro, Ph.D. Assistent Professor ved The Lighting Research Center Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY Andelen af mennesker over 65 år er mere end fordoblet i løbet af de sidste hundrede år og den generelle forventede levetid er stigende [26]. Aldring er kendt for at være forbundet med psykologiske og fysiologiske ændringer, der kan have en negativ indvirkning på livskvaliteten. I to artikler vil vi drøfte, hvordan belysning kan have en stærk indflydelse ikke kun på vores evne til at se men også på vores sundhed, velvære og livskvalitet. Med artiklerne forsøger vi at øge bevidstheden om vigtigheden af at tilgodese lys for døgnrytmen, blandt beslutningstagere og de, der gennemfører belysningsløsninger. Praktikere kan anvende denne forskning til at bidrage med at afbøde nogle af de symptomer og risici forbundet med at blive ældre og øge livskvaliteten for denne voksende del af befolkningen. I denne første artikel vil vi diskutere, hvordan lyset kan påvirke vores døgnrytme, herunder vores søvn. I den anden artikel, som bringes i LYS nr. 4, 2009, vil vi diskutere konsekvenserne af lysets påvirkning på det visuelle system og på opfattelsesevnen. Døgnrytmen Lys, der kommer ind i det menneskelige øje, transmitteres til adskillige andre steder i hjernen end dem, der findes i forbindelse med synet (fig.1). Jorden roterer omkring sin egen akse, og som følge heraf, udsættes alle væsener, der modtager dagslys her på jorden, for en 24-timers cyklus af lys og mørke [16]. Levende organismer har tilpasset sig denne cyklus ved at udvikle biologiske rytmer, der gentages efter cirka 24 timer, kaldet døgnrytmer. Døgnrytmen er genereret af et indre ur, og dette bliver konstant afstemt med det omgivende miljø vha. zeitgebers (tidsangivere), som findes uden for kroppen. Den suprakiasmatiske kerne (SCN), der antages at være master ur i mennesket, har en naturlig cyklus, som er en anelse længere end 24 timer, og omgivelsernes stikord er dermed med til at nulstille og synkronisere SCN dagligt, hvilket sikrer, at organismens adfærdsmønstre og fysiologiske rytmer er synkrone med de daglige rytmer i omgivelserne. Selv om systemet, der regulerer døgnrytmen, deler receptorer og neuroner i nethinden med det visuelle system, er de retinale ganglieceller, der gennembryder øjet og sender information til de visuelle centre i hjernen, og dem, der sender information til regulering af døgnrytmen forskellige. I 2002 fandt forskere en hidtil ukendt undertype af de retinale ganglieceller; iprgcs ( The intrinsically photosensitive retinal ganglion cell ), [3]. IpRGCs reagerer direkte på lys via det lysfølsomme stof melanopsin på cellernes overflademembran, og de har vist sig at være udgangspunktet for et vigtigt ikke-visuel respons på lys i nethinden, især ved regulering af døgnrytmen. Lys såvel som mørke spiller en vigtig rolle i denne regulering, og tidspunktet for lys-mørke perioder er meget vigtigt for vores adfærd, såvel som vores velvære og trivsel. Påvirkning af det visuelle system og døgnrytmen Belysning kan opdeles i fem dimensioner: mængde, spektralsammensætning, distribution, timing og varighed [20]. Disse egenskaber påvirker døgnrytmen meget anderledes end de påvirker det visuelle system og opfattelsesevnen. Kort sagt, mere lys er nødvendigt for at stimulere døgnrytmen end for at stimulere det visuelle system. Ved læsning i dagtimerne (fotopisk syn) er den visuelle respons maksimalt følsom over for lys ved 555 nm (gul-grønt lys), mens døgnrytmen er en blå-himmel-detektor, maksimalt følsom over for bølgelængder mellem 450 og 480 nm. Måske er det ikke nogen tilfældighed, at den dominerende bølgelængde forbundet med morgengry/skumring er omkring 480 nm. Det visuelle system har en meget hurtig reaktionstid og kan færdigbehandle lysimpulser på så kort tid som 80 millisekunder. Regulering af døgnrytmen går langsomt og kræver flere minutter til fuldt ud at integrere lysets stimuli. Måske er den største forskel mellem det visuelle system og døgnrytmen forbundet med det tidspunkt, lyset bliver registreret på nethinden. Det visuelle system reagerer næsten ens på alle tidspunkter af døgnet. Men SCN kan nulstilles frem (fasefremrykning) eller tilbage (faseforsinkelse), alt afhængigt af tidspunktet for lyseksponeringen. Endelig skal det tilføjes, at døgnrytmens følsomhed over for lys synes at være afhængigt af tidligere lyseksponering. Døgnrytmen synes at være mere påvirket af modsætninger (nat versus dag) end absolutte lysniveauer [9].

2 Tema: dagslys / LYS / 17 centrale synscenter G IpRGC SNC koglekirtlen (melatonin) nethinde nethinde synsnerve Lys S synsbane fotobiologisk bane T rygmarv Ganglion cervicale superius Figur 1. De basale typer af celler i nethinden, stave (S) og tappe (T) overfører visuel information til gangliecellerne (G). Synsnerven dannes ud fra axoner fra alle gangliecellerne og information herfra sendes til det visuelle cortex hvor det omdannes til billeder (Rød). En undergruppe af de retinale ganglieceller (iprgc; ca. 1%) er direkte følsomme overfor lys. Gennem den retino-hypothalamiske tragt (RHT), modtager kroppens biologiske ur (SCN) informationer om mørke, lys og dagslængde i vores omgivelser, som er vigtigt for at kunne synkronisere vores biologiske ur. SCN koordinerer samtidig andre af kroppens perifere ure og dirigerer bl.a. koglekirtlen til at udskille søvnhormonet melatonin (Blå) Efter. van Bommel/ van den Beld Snit i retina. Kilde: Stuart Peirson og Russell G. Foster. Den aldrende døgnrytme Med alderen bliver ændringer i døgnrytmen mere mærkbare og kan føre til søvnforstyrrelser. Undersøgelser viser, at % af den ældre del af befolkningen (over 65 år) lider af kroniske søvnforstyrrelser [24]. I almindelighed har ældre en tendens til at gå i seng tidligere og vågne tidligere end yngre. Hyppig natlig opvågnen, svært ved at falde i søvn, og et øget antal lure i løbet af dagen er også mere udbredt blandt de ældste. Søvnforstyrrelser er forbundet med nedsat fysisk helbred, herunder øget risiko for hjerte-karsygdomme, forstyrrelser af endokrine funktioner, og svækkelse af immunforsvaret [23]. Mange fysiologiske ændringer er impliceret i døgnrytme forstyrrelser hos ældre. Undersøgelser har vist, at SCN kan blive mindre lydhør, som vi ældes. Undersøgelser har også vist, at ændringer i udsving og timing af melatonin, samt kroppens kernetemperatur kan forekomme hos ældre voksne. Også det første stadium af fototransduktion (når lysets signaler konverteres til neurale signaler) kan negativt påvirkes. Ældres døgnrytme påvirkes ikke kun af reduceret optisk transmission af korte bølgelængder, som er maksimalt effektivt for reguleringen af døgnrytmen, men også af en generel mere stillesiddende indendørs livsstil, med mindre adgang til lys i løbet af dagen. Faktisk har forskning vist, at midaldrende er udsat for ca. 58 minutter af lys over 1000 lux på øjet pr. dag [5], mens ældre i ældreboliger [21] kun bliver udsat for lys over 1000 lux på øjet i 35 minutter om dagen [21] og ældre på plejehjem kan se så lidt som to minutter af lys om dagen, der er over 2000 lux på øjet [1]. De alders-relaterede ændringer i øjet, der kan påvirke vores døgnrytme, som følge af nedsat optisk transmission af korte bølgelængder, er måske bedst set hos mennesker, der har grå stær. Grå stær er en tåge eller slør i nogle eller alle områder i den krystallinske linse, der kan føre til nedsat syn hos ældre, samt søvnforstyrrelser [27]. Kirurgisk udskiftning af linsen med en kunstig intraokulær linse (IOL) kan spille en afgørende rolle i at genoprette døgnrytmens regulering og dermed søvnkvalitet hos ældre. Undersøgelser har vist, at patienter følte sig mere udhvilede om morgenen, samt at søvnighed i dagtimer og natlig vågenhed var faldet, hvilket tyder på en mere konsolideret sove/ vågen cyklus efter en grå stæroperation [28,29]. Virkningerne af ultraviolet lys (UV) og blå-blokerende filtre ( / nm) på søvnmønstret hos de mennesker, der har modtaget kirurgi for grå stær er stadig ukendt. Brugen af blå-blokerende IOL er er blevet mere populær, fordi stråling fra korte bølgelængder sættes i forbindelse med øget risiko for aldersrelateret makula degeneration (AMD). I forskning fra Beaver Dam og Blue Mountain [30] undersøgelserne, fulgtes patienter i fem år. Her fandt man, at risikoen for AMD steg med to til fem gange, når klare IOL er blev anvendt. En senere schweizisk undersøgelse [31] understøttede ikke disse resultater. Ifølge Meinster [32] har blå-blokerende IOL er ingen dokumenteret effekt, og der er ingen medicinsk begrundelse for permanent begrænsning det blå lys, som er vitalt for regulering af døgnrytmen (Fig. 2). Forholdet mellem AMD og grå stærkirurgi er dog stadig et emne til diskussion blandt forskere og klinikere [33]. Indledende resultater [34] har samtidig vist, at unge, som brugte blå-blokerende IOL s i 15 dage, ikke oplevede en reduktion af

3 18 / LYS / Tema: dagslys Relativ følsomhed nm 505 nm 555 nm Figur 2. viser den spektrale følsomhed for fotopisk syn med højeste følsomhed ved 555 nm (gul-grønne del af spektret). skotopisk syn med den højeste følsomhed 505 nm (blågrønne del af spektret) og de lysfølsomme retignale ganglieceller 460 nm (iprgc) (blå del af spektret). Den spektrale absorbtion for udvalgte Blå-blokerende IOL er vist i området inden for den orange streg. Kilde: Princip efter: Circadian photoreception: ageing and the eye s important role in systemic health. PL.Turner; MA Mainster UV-blocking IOL Blue blocking IOL Light loss from blue-blocking IOLs Bølgelængde (nm) Fotopisk syn Skotopisk syn Thapan m.fl. nedsat melatonin Brainard m.fl. nedsat melatonin melatoninniveauerne eller ændring i amplituden af melatoninudskillelsen sammenholdt med en kontrolgruppe. Der var tværtimod en akut reduktion i melatonin-niveauet umiddelbart efter at de unge var begyndt at bære IOl erne, hvilket tyder på, at døgnrytmen kan tilpasse sig ændringerne i lyset. Yderligere forskning er dog nødvendig for bedre at forstå konsekvenserne af blå-blokering og UV-blokerende IOL ers påvirkning ved AMD risici og på søvnkvalitet. Belysning og den aldrende døgnrytme Tidligere forskning har vist, at lys kan bruges som et ikke-farmakologisk værktøj til at hjælpe ældre voksne, herunder personer med Alzheimers sygdom (AD), til at sove mere effektivt. Lys om aftenen kan forsinke SCN og hjælpe ældre voksne til at sove bedre om natten, samt at være mere vågen i løbet af dagen [17]. Undersøgelser har vist, at eksponering for klart hvidt lys (mindst 2500 lux og så højt som lux) forbedrede søvnkvaliteten hos ældre voksne på plejehjem, formindskede søvn-behovet i dagtimerne og i nogle tilfælde reducerede agitation [22, 18, 15, 6, 2,10, 12, 14, 11, 25). Eksponering for 30 lux på øjet af blåt lys fra lysdioder ved λmax= 470 nm i to timer om aftenen konsoliderede hvile-/aktivitetsrytmer og øgede søvnkvaliteten og effektiviteten hos personer, både med og uden AD [8,13]. Retningslinjer Forslaget består af en todelt belysningsløsning, der maksimerer stimulation af døgnrytmen i dagtimerne og minimerer den om natten, og samtidig opretholder gode visuelle forhold til enhver tid [7]. Mere tyder på, at høj stimulation af døgnrytmen i dagtimernes vågne timer sandsynligvis kan opnås ved omkring 400 lux på cornea af en 6500 K (kold-hvid) lyskilde. I løbet af aftenens vågne timer skal belysningen give maks. 100 lux på cornea fra hvidt lys med lavt indhold af korte bølgelængder. Relativt svagt omgivende aftenlys kan leveres af lyskilder såsom et 2700 K (varm hvid) kompakt lysstofrør (CFL). Dette todelte belysningssystem giver ældre mennesker en døgnrytme (dag/nat) lysratio på omkring 16:1. Høj stimulation af døgnrytmen i løbet af dagen og lav stimulation om aftenen kan opnås ved en kombination af dagslys og elektriske lyskilder. Dagslys er en effektiv bæredygtig lyskilde til regulering af døgnrytmen, fordi det er ideelt i forhold til mængde, spektrum, distribution og varighed, men det bør ikke antages, at dagslys i bygninger altid vil være tilstrækkeligt til reguleringen af døgnrytmen. Ydermere forbindes dagslys også med velbefindende, herunder væsentlig reduktion af stress og øget følelse af velbehag [35]. Nogle undersøgelser hævder desuden, at udsigt også er vigtigt for velvære. Ældre plejehjemsbeboere rapporterer en stærk præference for vinduer med udpræget opfattelse af naturen sammenlignet med en udsigt med manglende naturreferencer [36]. Selv om der er behov for mere forskning for at fastlægge den bedste virkning af dagslys på menneskers sundhed og velvære, kan retningslinjer alligevel gives vedrørende lys der tilgodeser døgnrytmen[37, 38]. Det er meget vigtigt at prioritere den lodrette belysningsstyrke snarere end blot den horisontale belysningsstyrke, hvilket typisk benyttes i fleste standarder (f.eks. DS700). Dette skyldes, at mængden af dagslys, der når øjet, ikke altid er proportional med den horisontale belysningsstyrke. For

4 Tema: dagslys / LYS / 19 Højt placerede vinduer bidrager med en høj vertikal belysningsstyrke positivt på regulering af døgnrytmen. Korrekt brug af solafskærmning til reducering af blænding er dog altafgørende for succes. Kilde: By og Byg Resultater 013: Arkitektur, energi og dagslys. Undersøgelse af syv bygninger. (2001) Fotograf: Morten Kjærgaard. eksempel vil en person, der står med ansigtet mod et vindue i en vinkel på 45 modtage næsten faktor to mere lys på nethinden end hvad der er målt på arbejdtsplanet (Eret / Ehor = 1,78). Hvis personen vender ansigtet væk fra vinduet, kan forholdet reduceres til (Eret / Ehor = 0,1) [37]. Projektering af dagslys for døgnrytmen bør undergå en nøje kvantitativ analyse, fordi mængden af dagslys varierer betydeligt overalt i en bygning. Forskellige faktorer kan påvirke mængden af lys, der når nethinden [39], og derfor også stimulationen af døgnrytmen. Dagslysniveauer i et værelse falder meget hurtigt, som afstanden fra vinduet stiger; og dagslysniveauet er ganske lavt blot tre-fire meter væk fra et vindue, selv på en solrig dag [4]. Vinduets egenskaber, såsom glas transmission og coating, vinduestørrelse, form, orientering og placering i rummet, samt sæsonmæssige variationer vil påvirke mængden af dagslys i rummet. Det skal også bemærkes, at hvis sollys fra vinduet trænger ind i lokalet og skaber ubehag ved blænding, kan det få personer i rummet til at trække gardiner/persienner delvis eller helt for og dermed helt fjerne dagslyset. For eksempel fandt M. Aries [38], at halvt åbne persienner skærmede for omkring % af den lodrette belysningsstyrke sammenligning med åbne persienner. Da det ikke kan antages, at dagslys i bygninger altid vil være en løsning der kan stimulere døgnrytmen, skal kunstig belysning altid overvejes. For at kunne vælge den mest effektive lyskilde der tilgodeser døgnrytmen har Rea og kolleger [19], udviklet en model til at vurdere den menneskelige circadiske fototransduktion. Dette giver mulighed for at vurdere den relative circadiske (døgnrytme) effektivitet af forskellige alm. lyskilder med forskellige spektralfordelinger (SPGs). Denne model tager udgangspunkt i, at døgnrytmen er maksimalt følsom over for blåt lys, så lyskilder der indeholder en øget grad af korte bølgelængder (dvs. ser mere blålig-hvid) er mere effektive til at aktivere døgnrytmen ved den samme wattage. Tabel 1 viser fotopisk lumen pr. watt (lm / W) og circadisk stimulus per watt (CS / W) for et udvalg af kommercielt tilgængelige lyskilder. Den forholdsvis dunkle aftenbelysning er helt i overensstemmelse med gældende anbefalinger og praksis, og selv om de anbefalede belysningsstyrker til dagtimerne er forholdsvis høje i forhold til nuværende praksis, er de ikke vanskelige at opnå med moderne, effektive lysstofrør, især ikke, hvis styring indarbejdes i designet. Designeren bør også overveje at bruge den dobbelte belysning i fælles områder, hvor beboere er mere tilbøjelige til at bruge deres vågne timer. For eksempel vil det være hensigtsmæssigt at indføre den dobbelte belysning i plejeboliger, hvor stue og soveværelse kombineres, såvel som i fællesrum, såsom spisestue. På plejehjem bør den dobbelte belysning gennemføres på værelser og spisesale. Hvis energiforbruget vurderes at blive et problem, som ikke kan løses gennem belysningsadfærden, kan den valgte energieffektive løsning suppleres med blå lysdioder, der integreres i designet. I de tilfælde hvor behandlingen er anvendt på raske ældre, der lever en tilbagetrukket tilværelse bag hjemmets fire vægge, kan lysdioder, brugt i mindst to timer om morgenen, der leverer 30 lux på cornea af blåt lys (λmax = 470 nm), benyttes. Tabel 1 indeholder en kvantitativ vejledning i den mængde af lys, der er nødvendig for at matche den circadiske effektivitet af mange lyskilder, herunder blå lysdioder.

5 20 / LYS / Tema: dagslys Visuel og circadisk stimulation produceret af udvalgte lyskilder Lyskilde Visuelle system stimulation (lm/w) Circadisk stimulation (CS/W) Circadisk/visuel ratio 17,000 K Lysstofrør 8,000 K Lysstofrør 7,900 K Metal Halogen 4,100 K Lysstofrør 3,000 K Lysstofrør 2,700 K Lysstofrør Glødepære Blå Led 6,500 K Dagslys Tabel 1: Lys effektivitet (lm/w) og relativ circadisk effektivitet (skaleret således, at glødelampen har en circadisk effect på 12 CS/W) på flere kommercielt tilgændelige lyskilder (Rea et al., 2005; Figueiro, 2008). Konklusion Moderne liv har givet os mulighed for at opgive vores evolutionære fortid og dermed vores påvirkning af naturlige stimulus, heriblandt lys og mørke. Den aldrende befolkning er endnu mere isolerede fra denne stimulus. Ældre voksne er udsat for utilstrækkelig belysning, der kan resultere i nedsat funktion, søvnforstyrrelser og adfærdsproblemer, hvilket kan påvirke deres livskvalitet, og kan være en kilde til stress, samt en byrde for pårørende og plejere. Da belysning, der tilgodeser det visuelle system, er anderledes end det, der tilgodeser døgnrytmen, er det meget vigtigt for arkitekter, belysningsdesignere og ingeniører at anerkende, at de belysningsløsninger, der gennemføres for at overvinde nedsat visuel kapacitet, kan give bagslag, når det kommer til at tilgodese døgnrytmen, og dermed kan reducere livskvaliteten hos ældre. Selvom vi endnu ikke har alle svarene på, hvordan lyset påvirker alle døgnrytmens funktioner, er en ting sikkert: Lys, der tilgodeser døgnrytmen, er en balance mellem lys og mørke, og denne balance kan forbedre sove-/vågen-cyklusser, vitalitet, sundhed, velvære og forbedre livskvaliteten hos hos den voksende ældre del af befolkningen. Kildeanvisningerne kan ses på: under området Viden om lys L&C Flyer 15/02/09 1:40 Side 1 B O G A N M E L D E L S E Se lyset HENRIK CLAUSEN LIGHT & COMMUN ICATION NATURE AS A REFERENCE IN LIGHTING DESIGN GETTING THE LIGHT RIGHT! meldorf hansen Med bogen Light & Communication Nature as a Reference in Lighting Design introducerer Henrik Clausen en metode til at skabe større forståelse mellem bygherre, arkitekt, ingeniør, lysdesigner og slutbrugere. I stedet for at tale om lux, candela og lumen skal vi tale om de følelser og stemninger, vi ønsker lyset skal skabe. Vores fælles, urgamle referencekilde er naturen og det naturlige lys. Med udgangspunkt i skoven, stranden og hulen drager forfatteren en række fine og klart forståelige paralleller mellem det naturlige lys og den kunstige belysning i bygninger og rum. Bogen har karakter af et langt personligt essay omkring det at sanse og opleve lys. Ved hjælp af en række billeder af en appelsin og en bordtennisbold skærpes læserens forståelse af, hvordan diffust lys og rettet lys i forskellige blandingsforhold ændrer det visuelle udtryk. Diffust lys retter opmærksomheden mod helheden og rettet lys fokuserer på detaljen. Helt til sidst i bogen konkluderer Henrik Clausen at: People don t want to hear about lux, lumens and candelas they want to experiences feelings. En konklusion der dog ikke har afholdt ham fra at liste alle de lystekniske begreber op, under den let ironiske overskrift Some technical stuff. Læs bogen. Den er en fornøjelse. Den er inspirerende, underholdende og dybt Light & Communication Nature as a reference in lighting design. Forfatter: Henrik Clausen, Forlag: Meldorf:Hansen, 120 sider, 325 kr. Se mere på engagerende, men spring med god samvittighed det tekniske afsnit over. Bogen kan sagtens forstås og opleves uden. Anmeldt af Dorte Gram, Dansk Center for Lys