Sonnenlicht und LED: Welchen Einfluss das Licht auf den Menschen hat

Autor / Redakteur: Wolfgang Endrich * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Das natürliche Licht der Sonne ist für den Menschen zwingend notwendig. LEDs versuchen das Sonnenlicht künstlich nachzubilden – mit allen Vor- und Nachteilen. Wir schauen auf die Details.

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Sonnenlicht: Für den Menschen ist natürliches Licht von der Sonne notwendig. Aber auch künstliches Licht von LEDs kann sich positiv auf die Gesundheit auswirken.
Sonnenlicht: Für den Menschen ist natürliches Licht von der Sonne notwendig. Aber auch künstliches Licht von LEDs kann sich positiv auf die Gesundheit auswirken.
(Bild: ©Alen-D - stock.adobe.com)

Licht spielt eine sehr wichtige Rolle bei der biologischen Energieproduktion des Menschen. Obwohl Licht so wichtig ist, wurde es oft missverstanden und seine Relevanz für das Mitochondriale Level von ATP, dem Energieträger unseres Körpers, übersehen. Als 1962 die Leuchtdioden erfunden wurden, konnte man nicht wissen, welchen bahnbrechenden Erfolg die Leuchtdioden in den folgenden Jahrzehnten durchlaufen würden. Äußerst hilfreich waren dabei zwei Entwicklungen: Die Energie wurde billiger und die Entwicklung und Verbesserungen der Leistung der LED ging sehr rasch von statten.

Die Lichtausbeute (Lumen/Watt) bei den Leuchtdioden stieg und sie wurden heller. Auch der Energiebedarf im Vergleich zu einer klassischen Glühfadenlampe konnte gesenkt werden, was schließlich zu einem Verhältnis von einem Watt LED zu zehn Watt Glühlampe führte. Die LED-Lampen gaben nicht nur ein warmes Licht ab, sondern boten eine Farbtemperatur von bis zu 6000 K. Bei der aktuellen Entwicklung wurde ein Punkt nicht erkannt: das künstliche Licht einer LED ist nicht mit dem Sonnenlicht gleichzusetzen, auch wenn es zur Beleuchtung und damit zum besseren Sehen zum Einsatz kommt.

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Ein kritischer Blick auf die LED und ihr Licht

In der evolutionären Entwicklung der Lebewesen waren neben den Pflanzen und Tieren eben auch der Mensch auf das Sonnenlicht angewiesen. Bei Pflanzen beispielsweise speist die Lichtenergie der Sonne mit der Photosynthese energiereiche Biomoleküle, die dann zum Wachsen der Pflanzen beitragen. Warum sollte es also nicht auch einen Zusammenhang zwischen dem Sonnenlicht und seiner ausgestrahlten Energie zum Menschen geben? Den ersten Anstoß gaben U-Boot-Besatzungen, die nach dreimonatiger Unterwasserfahrt krank und angeschlagen waren. Das löste in den USA bereits vor Jahrzehnten, später aber auch in Japan, umfangreiche Forschungen aus.

Das Licht, welches der Mensch zum Sehen benötigt ist nicht vergleichbar mit dem Licht, das die Sonne spendet und das der Mensch für seinen gesamten Körper einschließlich des Biorhythmus benötigt. Bei weitergehenden Untersuchungen kam man zu erstaunlichen Erkenntnissen. Die von Glühlampen erzeugte Wärme enthält infrarote Strahlung, die generell der Gesundheit des Menschen förderlich ist.

Die unerwünschten blauen Wellenlängen

Die Leuchtdioden hingegen sind eine der wenigen nicht natürlichen Strahlungsquellen, die elektromagnetische Strahlung erzeugen. Das Licht der LED besitzt unerwünschte blaue Wellenlängen und Nebenwirkungen, die beispielsweise zu altersbedingter molekularer Degeneration der Netzhaut oder gesundheitlichen Problemen durch mitochondriale Erkrankungen und somit zum Versagen des zellularen Energiestoffwechsels des Menschen führen.

Sie spielen eine wichtige Rolle in der pädiatrischen und neurologischen Wissenschaft und sind damit die Ursache vieler chronischer Erkrankungen, wie Depressionen. Mitochondrien haben eine wichtige Funktion: sie produzieren Adenosintriphosphat (ATP), dem universellen Energiezellenträger für alle Zellen. Außerdem besitzen sie eine eigene DNA und vermehren sich unabhängig von ihrer Mutterzelle.

Als Mitochondrien werden Zellorgane generell bezeichnet, die von einer Doppelmembran umschlossen sind und eigene Erbsubstanz enthalten. Unsere Körperzellen enthalten wenige oder bis zu 2000 Mitochondrien. Die größte Dichte kommt in Zellen der Skelettmuskulatur, dem Herzmuskel sowie Leber und Gehirn vor, die einen hohen Energieumsatz haben. Bei Störungen in diesem System kann es zu einem Energiemangel im menschlichen Gewebe oder einer oxidativen Belastung führen und damit vielfältige Gesundheitsstörungen auslösen.

Künstliches Licht und der Einfluss auf den Menschen

Laut Definition kann künstliches Licht bedeuten, dass es vom Menschen für das Sehen den Wellenlängenbereich von 400 bis 780 nm genutzt wird. Sonnenlicht hingegen umfasst ein deutlich größeres Spektrum als das, was unsere Augen sehen können: 300 bis ungefähr 2000 nm. Hier kommt das Infrarot A des Sonnenspektrums im Frequenzbereich von 700 bis 1500 nm ins Spiel.

In künstlichen Lichtquellen wie den LEDs ist es nicht vorhanden. Seine positive Eigenschaft besteht darin, dass es als Wärme noch nicht fühlbar, im Gegensatz zu Infrarot B und C, und auch nicht sichtbar ist, aber für die Gesundheit unverzichtbar. Es hilft vor allem bei der Reparatur und Regeneration der Retinazellen im menschlichen Auge, soweit sie von blauen Lichtwellen geschädigt werden. Dabei ist bemerkenswert, dass nur ein Drittel der Energie, die der Körper täglich verbraucht, von den von uns gegessenen Nahrungsmitteln stammt. Die überwiegende Menge an Energie, die der Körper braucht, um das Gleichgewicht aller Systeme zu erhalten, gewinnt er aus der Infrarotabstrahlung der Umwelt – für den Menschen also nicht fühlbar und unsichtbar.

Gefahren eines zu hohen Blauanteils

Betrachtet man das gesamte Lichtspektrum des sichtbaren Lichts von 400 bis 780 nm, dann enthält das Lichtspektrum einer LED einen starken blauen Lichtanteil, der das sogenannte ROS erzeugt. Dabei handelt es sich um eine schädliche Form von Sauerstoffverbindungen, die in Zellen oxidativen Stress verursachen können. Diese Sauerstoffradikale liegen mit der höchsten Energie im sichtbaren Lichtspektrum und sind wiederum verantwortlich für Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Rheumatoide, Arthritis, Arteriosklerose oder Entzündungsprozesse.

Das erklärt, warum Licht von Leuchtdioden generell schädlich für die Augen, aber auch für die Gesundheit ist. Die Natur hat es jedoch so geregelt, dass mit Rotlichtwellen und Infrarot A diese Schäden wieder kompensiert werden können und auch die Regeneration der Retina des Auges sowie des Gewebes kompensieren. Denn das menschliche Gewebe enthält sogenannte Chromophoren, die Licht durch ein „optisches Fenster“ von 600 bis 1400 nm absorbieren und rotes Licht bzw. Infrarotstrahlung des Typs A einige Zentimeter tief in das menschliche Gewebe eindringen lassen.

Auch diese „heilenden Wellenlängen“ sind im Spektrum der Leuchtdioden nicht enthalten. Die sogenannten Chromophoren als Bestandteil der menschlichen Zellen befinden sich in den Mitochondrien, einem doppelwandigen Zellorgan.

Sonnenlicht vs. künstliches Licht der LED

Ferner enthält die menschliche Zelle das spezielle Molekül ATP = Adenosintriphosphat, das wiederum für die Energieproduktion in der Zelle verantwortlich ist. ATP ist der sogenannte Treibstoff der Zellen, den sie für ihre Funktion benötigen. Der gesamte Körper erzeugt täglich so viel ATP, wie es dem Körpergewicht entspricht.

Auch wenn der Mensch einige Minuten ohne Sauerstoff überlebt, würde er bei einem Stopp der ATP-Produktion innerhalb von 15 Sekunden sterben. Der chemische Prozesse ist für die meisten Menschen unbekannt. Künstliches Licht von LEDs ist überhaupt nicht zu vergleichen mit dem Sonnenlicht. Dieses ist in seiner Bedeutung für den Menschen und die biologische Energieproduktion innerhalb des Menschen weitgehend unbekannt.

Besonders für den mitochondrischen Teil des ATP-Spiegels. Es bleibt festzuhalten, dass der bedeutendste Bereich für unsere Gesundheit die Lichtwellen von 570 bis 850 nm sind. Diese verstärken die Energieproduktion im Körper, vor allem die Zellen, deren eigene Energieproduktion erschöpft ist.

Der positive Einfluss des Sonnenlichtes ist bekannt. Jetzt soll auf den Unterschied zwischen HSL = Human Sun Light, Licht mit sonnenlichtähnlichem Spektrum in Leuchtdioden, und HCL = Human Centric Lighting eingegangen werden. Eine HCL-Beleuchtung lässt sich auch mit sonnenlichtähnlichen Leuchtdioden produzieren, womit alle negativen Aspekte hinfällig sind. HCL eignet sich besonders für Büroräume und Industriehallen, Altersheime und Krankenhäuser. Es fördert die Konzentration und Motivation des Menschen und verhindert Schlafstörungen. Es steigert es das Wohlbefinden und die Stimmungslage.

Tunable White simuliert den Tagesrhythmus

HCL lässt sich an den Tagesrhythmus des Menschen anpassen. Dabei ist zu beachten, dass die physiologische Reaktion des Menschen auch vom Farbspektrum, der Intensität der Strahlung und dem Zeitpunkt der Anwendung in Bezug auf den zirkadianen Rhythmus des Menschen beeinflusst wird. Mit der elektronischen Steuerung „Tunable White“ wird der Tagesrhythmus des Lichts durch Segmentierung in 14 bis 16 Zeitabschnitte simuliert. Dann dominieren am Morgen blaue Lichtwellen, in der Mittagszeit vorwiegend weiße, am Nachmittag nochmals blaue und am späteren Nachmittag sowie Abend rötliche Wellenlängen.

Auf das sichtbare blaue Licht reagieren die Ganglienzellen unserer Augen recht sensibel und stellen damit die biologische Uhr des Menschen – sie regeln beispielsweise die Melatonin-Produktion, die am Nachmittag die Müdigkeit steuert und die Aktivität des Körpers senkt. Im Gegensatz dazu wird am Morgen durch den blauen Lichtanteil der Seratonin-Spiegel erhöht und verläuft damit gegenläufig zum Melatonin-Spiegel. Seratonin ist ein Stimulant und Aktivator, das der Körper zur Erhöhung des Energieniveaus benötigt. Für eine HCL-Beleuchtung sind deshalb drei Parameter wichtig:

  • Lichtspektrum: Die blauen Wellenlängen im Licht sind die biologisch aktiven Anteile. HCL-Licht enthält in den Morgenstunden eine große Menge an kaltweißem Licht.
  • Lichtintensität: Beachtet werden müssen Mindest- und Höchstbeleuchtung, um die Produktion des Melatonins während des Tages weitgehend zu unterdrücken. Endgültige Richtwerte sind noch nicht greifbar, da sie in der Praxis noch nicht vollständig erforscht wurden.
  • In den Herbst- und Wintermonaten ist die Tageslichtmenge nicht ausreichend für die Steuerung des zirkadianen Rhythmus des Menschen. Deshalb kann durch künstliche Beleuchtung die biologischen Auswirkungen des Tageslichtmangels und damit auch den emotionalen Zustand des Menschen ausgleichen und verbessern.

Aktuelle Richtwerte: Von 9 bis 15 Uhr eine Lichtausstrahlung von 1200 lx auf 1,2 m bei einer Farbtemperatur von 6500 K und in der Zeit von 15 bis 20 Uhr 800 lx auf 1,2 m mit einer Farbtemperatur von 2700 bis 3000 K. Fazit: HCL-Licht aus Sonnenlicht-Leuchtdioden, die das Sonnenspektrum nachbilden, wirkt positiv auf Menschen. HCL-Licht aus Standard-LEDs ist nicht zu empfehlen, da das LED-Licht keinen Anteil an Infrarot A enthält.

Die positiven Eigenschaften der Infrarot-Strahlung werden damit entzogen. HCL und HSL können eine effektive Symbiose eingehen. Die elektrische Steuerung des Lichts über Tunable White und sonnenlichtähnliche LEDs optimiert die HCL-Steuerung. Wer sich ein teures LED-System nicht leisten kann, bekommt auch ohne HCL-Steuerung den wichtigen Anteil an Rotlicht und Infrarot A über seine LED-Leuchte. Dazu lassen sich bisher verwendete Leuchtmittel gegen neue Sonnenlicht-LEDs austauschen.

* Wolfgang Endrich ist Geschäftsführer bei euroLighting.

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