Jak k tomu došlo?
Časový cyklus přírodního osvětlení na Zeměkouli trvá 24 hodiny a skládá se ze dvou částí: asi 12 hodin světla a kolem 12 hodin tmy. Lidský organismus je na tento rytmus zvyklý a funguje v něm správně. Změna cyklu však může být příčinou zásadních poruch funkcí našeho těla. Například během letů do kosmu astronauté pociťují jiný, značně kratší rytmus světla a tmy. Jsou to 3 hodiny jasu a 3 hodiny šera. Tato změna vyvolává v jejich organismu poruchy biologického cyklu a způsobuje tak poruchy usínání, komplikace snění a oslabení aktivity a koncentrace při práci. Vědci zkoumající tento problém zjistili, že jeho základy problému jsou v porušení světelného rytmu. Dnes již víme, že měli samozřejmě pravdu.
Jiné případy byly pozorovány u lidí, kteří nešťastně ztratili zrak. U některých těchto osob následovaly vážné poruchy přírodního časového rytmu v oblasti jejich aktivit a spaní. Spoléhají se na ztrátu schopnosti usínání v pravidelných časových odstupech. Tento problém se však nevyskytuje u všech takto postižených osob. Část z nich hodinový rytmus narušen nemá. Vědci tedy začali pátrat v lidském organismu po jiném regulátoru časového cylu než jsou oči.
Již dlouho bylo známo, že za schopnosti zraku odpovídají dva typy fotoreceptorů umístněných na sítnici lidského oka, čípky a tyčinky. Světlo dopadající na tyto receptory vyvolává složité chemické reakce způsobující vznik určitých typů nervových signálů spojujících receptory se zrakovou kůrou v zadní části mozku. Zraková kůra pak tyto signály interpretuje jako zrakové vjemy.
Obrázek č. 1 ukazuje nervová spojení mezi čípky a tyčinkymi v oku a zrakovou kůrou v mozku. Tyčinky pracují při velmi nízkých úrovních světla (tzn. vidění za šera) a neumožňují rozeznávání barev, pouze tvarů. Při vyšší světelné intenzitě se aktivuje činnost čípků, které dovolují rozpoznávání barev a ostré vidění předmětů.
V roce 2002 byl nalezen nový typ receptoru v lidském oku. Je odpovědný za biologické účinky, které vyvolává světlo v lidském těle. Pod vlivem osvětlení dopadajícího na tento receptor probíhají komplikované chemické reakce, což vyvolává signály předávané díky nervovým spojením, mezi jiným také do oblasti mozku nazývaného „nadkřižovatkovým jádrem” SCN z anglického „suprachia-smatic nuclei”, odpovídajícího za ovládání lidských biologických hodin a také do šišinky (corpus pineale).
Obr. 1. Zrakové a biologické propojení v mozku: nervové spojení mezi sítnicí v oku, s jejími čípky a tyčinkami a zrakovou kůrou a mezi sítnicí s novým receptorem a nadkřižovatkovým jádrem SCN.
Reakce zraku na světlo
Kromě objevení biologického působení světla na lidský organismus jeho zrakové rekace neztratily nic ze svého významu.
Výkonnost lidského zraku záleží na podmínkách, ve kterých zrak pracuje. V případě umělého osvětlení je vysoký výkon zraku závislý na zajištění dostatečne dobrého vymezení světla, mimo jíné vysokou vodorovnou intenzitou osvětlení na pracovní ploše. Při definované inzenzitě světla není výkon zraku stejný u všech lidí.
Obr. 2. Závislost mezi relativním výkonem zraku (v %) a intenzitou světla (v lx.). Nepřerušovaná modrá čára: mladí lidé, přerušovaná červená čára: starší lidé. EN: úroveň intenzity osvětlení určené podle Evropských Norem.
Obrázek 2 představuje závislost mezi světelnou intenzitou na pracovní ploše ( v luxech) s ohledem na výkon lidského zraku (v %). Jak je vidět zvýšení hladiny intenzity osvětlení způsobuje vzrůst výkonnosti zraku. Existuje však mnoho rozdílů ve výkonnosti zraku závislých na věku zkoumané osoby. Lepší výsledky v této oblasti vykazují mladší lidé okolo 30 let, horší výsledky mají starší lidé okolo 55 let. Na levém obrázku je vidět, že při snesitelné zrakové zátěži potřebuje starší člověk více jak 1 000 lx, aby dosáhl stejného zrakového výkonu jako mladší lidé při osvětlení 300 lx. Obrázek napravo ukazuje tu stejnou závislost za obtížnějších zrakových podmínek, např. při čtení drobného textu. V tomto případě je rozdíl ještě výraznější. Aby dosáhly stejného výkonu zraku při náročnější činnosti, osoba ve věku nad 55 let potřebuje téměř 6 krát větší množství světla než člověk ve věku okolo 30 let.
Nová evropská norma ve většině případů vyžaduje pracovní osvětlení 300 lx. Tato hodnota je dostatečná pro osoby okolo 30 let. Starší pracovníci, rovněž potřební ve firmách z důvodů svých bohatých zkušeností, mají bohužel nižší zrakovou výkonnost a potřebují tak značně vyšší úroveň intenzity osvětlení. Díky tomu budou vykonávat stejně dobře tu samou práci jako mladší lidé. Znamená to však nutnost zvýšení intenzity osvětlení z minimální požadované normy 300 lx na cca 1 200 lx.
— Pointa —
Výkon zraku u starších pracovníků může být upraven do úrovně dosažené u mladsích lidí díky značnému zvýšení hladiny osvětlení na větší hodnotu než vyžadují normy.
Ve starším věku hraje důležitou roli efekt žloutnutí vrchní vrstvy čočky lidského oka. Zažloutnutí čočky slouží jako filtr – velmi dobře propouští viditelné záření žluté barvy, slaběji, ale stále dobře sousedící barvy, tzn. červené a zelené světlo, naopak ale zastavuje velkou část modrého světla. Tím pádem do očí starších osob vniká hlavně žluté světlo i se sousedními viditelnými barvami. Tito lidé pak velmi slabě vidí modrou barvu. Jinými slovy starší osoby vidí svět méně modře než mladí lidé.
— Pointa —
Ke zvýšení výkonnosti zraku osob starších lidí je výhodnějíš použití osvětlení s větším obsahem modrého spektra než je obvyklé.
Výkon zraku u starších lidí může proto být s úspěchem upraven nejenom náležitě vysokou hladinu osvětlení, ale také použitím světla s velkým podílem modrého spektra.
Biologické působení světla
Odedávna jsou známy dva hlavní typy fotoreceptorů a obyčejně vnímáme oči jako jedný zrakový orgán. Nedávné objevení dalšího bioreceptoru a jeho spojení s mozkovými centry, dovolilo porozumnět hlavnímu významu světla při stimulaci a kontrolování mnoha biologických procesů v lidském těle. Nejnovějším objevem je zjištění, že světlo a zvláště regulované cykly světlo-tma mají zásadní vliv na kontrolování biologických hodin člověka spojené s vlivem na produkci některých důležitých hormonů v lidském těle.
Světlo a biologický rytmus člověka
Jak bylo řečeno na začátku, světlo vyvolává v našem těle efekty nejenom zrakové. Má také silný biologický vliv těsně spojený s opakujícím se cyklem světlo-tma. Znázorňuje to graf na obrázku 3.
Obr. 3. Typický denní rytmus teploty těla, hladiny melatoninu a kortyzolu a také stupnice lidské aktivity podle přirozeného 24 hodinového cyklu světlo/tma.
Na vodorovné ose jsou zobrazeny dvě doby – dva krát 24 hodin. Obrázek začíná o 6 hodině ranní, kdy se zvyšuje intenzita přirozeného světla. Dále je pak úroveň světla vysoká v pravé poledne a okolo 18 hodiny se začíná stmívat. Ve dvě hodiny v noci je pak samozřejmě úplná tma.
Přes den je na otevřeném prostranství úplné jasno a získáváme tak velké množství světla. Situace panující v uzavřených prostorech už není tak dobrá ani v poledne. Během hezkého počasí je intenzita venkovního osvětlení kolem 100 000 lx. Když je zataženo, zmenšuje se na cca. 20 000 lx. V místnostech zejména tam, kde není dostatek přírodního světla není úroveň osvětlení větší než 500 lx, což je mnohonásobně niží hodnota než venku.
Na svislé ose vidíme hladinu teploty našeho těla, stupeň naší aktivity a také dva hormony odpovědné za naše životní funkce – melatonin a kortyzol, které jsou vyměšovány na základě zvýšené intenzity světla, jakému jsme vystavováni.
Teplota lidského těla. Měření lidské teploty se je známo již 100 let. Za tuto dobu rozdíly nečiní více než
Hladina kortyzolu. Kortyzol vylučovaný do našeho organismu je nazývaný strestovým hormonem. Je všeobecně známo, že stres je škodlivým jevem, avšak jeho nízká hladina nebo celkový nedostatek může být také škodlivý. Velká nadmíra kortyzolu může ničit imunní systém. Avšak na druhé straně se tento hormon účastní na tvorbě glukozy v lidském organismu, která dodává energii našemu tělu. Úroveň kortyzolu udržuje vysoké hodnoty v průběhu celého dne a nejvyšší je v ranních hodinách, což nás stimuluje pro další činnost. V noci množství kortyzolu v našem organismu klesá, což nám umožňuje kvalitní spánek.
Hladina melatoninu. Za spánek odpovídá zejména druhý hormon – melatonin je známý jako hormon spánku. Největší hladina melatoninu se v našem organismu vyskytuje v noci, její úroveň padá k ránu a je nízká během celého dne, kdy nás pohání vysoká hladina kortyzolu.
— Pointa —
Během dne je v lidském organismu mnoho kortyzolu a málo melatoninu, díky čemuž jsme čilejší, aktivnější a nejsme ospalí.
Ovládání biologických hodin
Na začátku výkumu nového receptoru se ukázalo, že lidské biologické hodiny nepracují přesně ve 24 hodinovém cyklu. U některých lidí je tento cyklus o něco kratší, takové osoby nazýváme „ranní ptáčata”. U jiných je tento cyklus delší než 24 hodina. Ti jsou pak obecně nazýváni „sovami”. S narůstajícím věkem biologické hodiny pracují v trochu kratším rytmu. Průměr tohoto cyklu v celé populaci je 24,5 hodiny, což je o něco více než správný astronomický rytmus dne a noci. Zjistilo se, že větší množství světla během dne a tma v nočních hodinách i přes regulaci hladiny dvou hormonů, melatoninu a kortyzolu, synchronizuje naše individuální biologické hodiny s rytmem a časem astronomickým. Jestliže však přes den nedostaneme správnou dávku světelného záření, naše biologické hodiny nebudou správně nastaveny, což je provázeno poruchami spánku a ospalostí a únavou ve dne.
Osvětelní pracovních prostor během dne
Příkladem poruch, souvisejících se slabým osvětelním uzavřených prostor v průběhu dne mohou být skupiny dělníků ve větší továrně, pracujících v prostorách bez oken, tudíž bez jakéhokoliv přirozeného světla. V těchto místech je použito zejména umělého světlo a průměrná intenzita osvětlení je obyčejně okolo 500 lx. Taková úroveň osvětlení přes den negarantuje každodenní, pravidelné nastavení biologických hodin pracovníků. Světlo takové úrovně sice zaměstnancům umožňuje dobře vidět na práci, ale je stále slabé, aby zkrátilo jejich přirozený biologický cyklus z průměrné hodnoty 24,5 hodin na 24 hodin shodných s astronomickým časem. Jestli budou lidé pracovat v takových podmínkách více jak 24 dní, každodenně to jejich rytmus posune o 0,5 hodiny. Po této době bude zpoždění dělat 12 hodin, tedy dle posouzení skupiny pracovníků továrny, budou mít v noci den a ve dne noc. Po 24 dnech práce v těchto podmínkách nebudou lidé v noci dobře a hluboko spát a ve dne budou unavení, málo aktivní a ospalí. Po dalších 24 dnech nastoupí další cyklus 12 hodin a situace se vráti do normy, lidé budou čilí a normální. Tato situace se bude cyklicky opakovat.
Dosud se takovéto situace řešily čistě farmakologicky, povzbuzujícími prášky přes den a uspávacími v noci. O mnoho účinnější a zdravější se zdá být použití silnějšího osvětlení. Díky biologickému vlivu na náš organismus světlo stimuluje také produkci melatoninu a kortyzolu, čímž jsou naše biologické hodiny ideálně synchronizovány s atronomickými.
— Pointa —
Zabezpečení intenzity osvětlení v pracovním prostředí přes den na hladninu vyšší jak 1 000 lx, značně zvýší výkon práce než je požadován, upraví sebevědomí pracovníků, zvýší jejich aktivitu, ochrání před únavou a ospalostí během práce.
Osvětlení pracovních prostor v noci
Výkumy prováděné na skupinách dělníků pracujících v noci prokázaly, že čím déle pracují po půlnoci, tím více se hladina jejich bdělosti snižuje a roste pravděpodobnost zásadního pochybení nebo dokonce hrozba úrazu. Tuto závislost znázorňuje obrázek č.4. Znamená to, že množství úrazů a nehod ve světovém průmyslu se odehrává mezi
Obr. 4. Stav ostražitosti a sebedůvěry vyjádřený podle úrovně intenzity osvětlení 250 lx a 2 800 lx v souvislosti času práce po půlnoci.
— Pointa —
Silné, nejméně 10 násobně zvýšené osvětelní od obecných norem, vzýší ostražitost při práci v noci, podpoří jejich produktivitu práce a zabrání spáchání vážných nebo nebezpečných omylů.
Byly porovnávány rovněž úrovně mozkových vln delta u kancelářských zaměstnanců pracujících v prostorách s úrovní osvětlení 450 lx a 1 700 lx. Tyto vlny jsou intenzivnější během spánku a zanikají při zvýšené aktivitě. Jejich úroveň odráží stupeň únavy člověka. Na obrázku 5 jasně vidíme, že zvýšení intenzity osvětlení způsobuje snížení množství vln delta, což svědčí o zmenšení ospalosti.
Obr. 5. Intenzita mozkových vln delta při výkzumu EEG kancelářských pracovníků v úrovních osvětlení 450 lx a 1 700 lx (zdroj: Küller and Wettenberg [17]).
Kvalitní osvětlení je výhodou
Objevení nového fotoreceptoru v lidském oku roku 2002 nám velmi prospělo, protože zrakové a biologické výsledky přináší zaměstnavatelům kvalitní a silné osvětlení pracovní plochy. Vedle zdraví a dobrého sebevědomí pracovníků způsobuje kvalitní osvětlení rychlejší vykonávání práce, snížení počtu provedených omylů, zmenšení množství výrobních nedostatků, upravení bezpečnosti, snížení nehod a zdravotních problémů. Výzkumy potvrzují, že v průmyslu díky zvýšení intenzity osvětlení z 300 na 500 lx může dosáhnout vzrůstu výkonnosti o 8% a zvýšení intenzity na 2 000 lx umožňuje zvýšit výkonnost o 20%.
Marek Kołakowski
Článek vychází z přednášky profesora Wout van Bommela – Předsedy Mezinárodního Společenství Osvětlovací Techniky CIE a z materiálů konference „Světlo a zdraví”, zorganizované Institutem Elektrotechniky ve Varšavě.
Tento článek Vám přinesla firma s osvětlovací technikou BRILUM.CZ a světelné studio LightVision z Brna.